Caratteristiche
Un aspetto
particolarmente interessante è la caratterizzazione commerciale
del biodiesel. Attualmente le caratteristiche tecniche del metilestere
sono definite dalla normativa UNI, ma un notevole
impegno è stato profuso a livello europeo (CEN) al fine di individuare
quali siano effettivamente le caratteristiche del Biodiesel tenendo anche
conto che il prodotto utilizzato in centrali termiche (riscaldamento)
può avere caratteristiche leggermente differenti da quello utilizzato
nei motori diesel (autotrazione).
Le caratteristiche
del metilestere di olio vegetale sono sensibilmente differenti da quelle
dell'olio grezzo di partenza in quanto il processo di transesterificazione
modifica profondamente le proprietà del prodotto.
Entrando
nel dettaglio:
Acidità
totale:
i metilesteri hanno una acidità totale di circa 0,5 mg KOH/g.
Analisi
elementare:
la composizione media del biodiesel di soia, raffrontata con quella media
del gasolio, è indicata in tabella.
Combustibile
|
Carbonio
|
Idrogeno
|
Ossigeno
|
Metilestere
di olio di soia |
77
|
12
|
11
|
Gasolio
2D
|
87
|
13
|
0
|
|
Come si può
osservare il metilestere ha un elevato contenuto di ossigeno, questo ovviamente
favorisce la combustione.
Contenuto
di fosforo: il biodiesel contiene meno di 10 ppm di fosforo, perciò
l'unico problema può presentarsi nel caso di impieghi in turbine
a gas.
Distillazione:
la curva di distillazione migliora sensibilmente rispetto all'olio. Il
punto iniziale è sempre più alto in confronto con il gasolio
(280-320 °C), mentre il punto finale non supera i 400 °C, perciò
i problemi di craking sono sensibilmente ridotti.
Massa
volumica:
la massa volumica di qualsiasi metilestere dipende dalla massa volumica
dell'olio grezzo di origine. Il valore medio si aggira attorno a 0.88
kg/dm3.
Numero
di cetano:
il valore si aggira da 46 a 51 in funzione dell'olio di partenza. Il tipico
valore del numero di cetano per un gasolio normale va da 40 a 55 (N°2
D), mediamente 49 nei climi temperati (secondo le specifiche EN 590) e
leggermente più basso, 45-47, per i climi artici. Nella tabella
sono riportati i numeri di cetano per alcuni metilesteri.
Combustibile
|
Numero
di cetano
|
Metilestere
di olio di soia (valori medi) |
46-51
|
Metilestere
di olio di colza |
54
|
Metilestere
di olio di girasole |
49
|
Metilestere
di olio di palma |
62
|
Metilestere
di olio di cotone |
51
|
Etilestere
di olio di soia |
48-50
|
Gasolio
2D (valore medio)
|
48
|
|
Dipende,
oltre che dalla specie oleaginosa di partenza, anche dalle condizioni
climatiche della zona in cui cresce la coltura, in quanto climi diversi
determinano una diversa composizione chimica dei semi. Il numero di cetano
dipende anche dalla miscela di acidi grassi presenti nel metilestere,
ogni acido grasso infatti ha un proprio numero di cetano come si può
vedere nella tabella allegata.
Per maggiori dettagli sul numero di cetano in relazione al biodiesel consultare
anche (Van Gerpen J, 1996)
Numero
di iodio:
Il numero di iodio fornisce informazioni sulla qualità del biodiesel.
Valori elevati compromettono la stabilità mentre valori troppo
bassi, indicativi di un alto contenuto di acidi saturi, influenzano il
comportamento a basse temperature (CFPP).
Ad esempio l'acido erucico libero dell'olio di colza ha un valore di iodio
variabile da 105 a 126, mentre per il biodiesel la tendenza attuale è
per valori inferiori a 120 g I2/100 g (Norma UNI 10946).
Combustibile
|
Numero
di iodio
|
Metilestere
di olio di soia (Valore medio) |
133
|
Metilestere
di olio di colza |
91,9
|
Metilestere
di olio di girasole |
125,5
|
Metilestere
di olio di cotone |
105,7
|
Etilestere
di olio di colza |
96,7
|
Etilestere
di olio di soia |
123,0
|
Gasolio
2D
|
8,6
|
|
Poiché
il numero di iodio non varia con la raffinazione e la esterificazione
dell'olio grezzo, gli oli e i relativi metilesteri possono essere classificati
anche in base al grado di saturazione e alla lunghezza della catena degli
acidi grassi che maggiormente li contraddistinguono:
Classe
di oli
|
Esempi
di oli
|
Numero
di iodio
|
Laurici |
|
5-30
|
Palmitici |
palma africana
|
45-58
|
Stearici |
cacao
|
50-60
|
Oleici |
oliva, arachide, colza
|
80-100
|
Linoleici |
girasole, soia, mais, cotone
|
>110
|
Altamente
insaturi |
tabacco,
lino
|
|
|
Per ulteriori
informazioni sul numero di iodio consultare Prankl,
Worgetter 1996.
Potere
calorifico inferiore:
gli esteri hanno un PCI attorno a 33 MJ/dm3, mentre il gasolio ha un potere
calorifico medio di 35,4 MJ/dm3. I valori in peso sono indicati nella
tabella:
|
|
|
|
Potere
calorifico inferiore
|
|
|
|
|
|
|
|
Punti
di infiammabilità - Flash point:
è molto vicino ai valori osservabili per il gasolio per il
biodiesel da colza, mentre per gli altri metiesteri è nettamente
superiore. Tale caratteristica dipende dal contenuto di alcoli residui
nel metilestere.
Combustibile
|
Punto
di infiammabilità
|
Metilestere
di olio di soia (valore medio) |
155
°C
|
Metilestere
di olio di girasole |
182
°C
|
Metilestere
di olio di cotone |
110
°C
|
Metilestere
di olio di colza |
160
°C
|
Etilestere
di olio di soia |
160
°C
|
Gasolio
2D (valore medio)
|
72
°C
|
|
La normativa
tecnica europea fissa a 120 °C il valore minimo per il biodiesel.
Punto
di intasamento a freddo dei filtri - CFPP:
Esistono in commercio additivi che migliorano le caratteristiche a freddo
del biodiesel. Il biodiesel da colza prodotto in Austria ha un CFPP compreso
tra 10 °C e -15 °C, mentre il biodiesel da soia ha un CFPP di circa -4
°C.
Punto
di intorbidimento e di scorrimento:
le caratteristiche a freddo migliorano considerevolmente rispetto
all'olio grezzo, anche se qualche cautela è d'obbligo quando si
utilizza il biodiesel in condizioni invernali. Anche in questo caso l'utilizzo
di miscele risolve parzialmente il problema. Normalmente i valori per
il biodiesel sono più alti rispetto a quelli del gasolio. (Peterson
et Al, 1997).
Combustibile
|
Punto
di Intorbidimento
|
Punto
di Scorrimento
|
Metilestere
di olio di soia (valore medio) |
-1
°C
|
-3
°C
|
Metilestere
di olio di colza |
-2
°C
|
-9
°C
|
Metilestere
di olio di girasole |
-
|
-7
°C
|
Metilestere
di olio di cotone |
-
|
2
°C
|
Etilestere
di olio di soia |
-1
°C
|
-4
°C
|
Gasolio
2D (valore medio)
|
-17
°C
|
-26
°C
|
|
Stabilità
all'ossidazione: poiché il biodiesel
è un prodotto altamente biodegradabile,
la sua stabilità ne risente. Il metil estere è più
stabile del corrispondente etilestere. Comunque la semplice aggiunta (0,1
- 0,3%) di anti ossidanti sintetici può aumentare considerevolmente
(6,5-12 volte) la stabilità. Ovviamente le miscele risentono molto
meno di questo problema.
Uno studio americano (Thompson J.C. 1996)
ha evidenziato i cambiamenti del metil-estere e dell'etil-estere dell'olio
di colza dopo due anni di stoccaggio e i risultati sono riportati in tabella:
Olio
di coza
|
Parametro
|
Metil
estere
|
Etil
estere
|
Densità |
+1,22
%
|
0,88%
|
Viscosità |
+23,1%
|
+16,9%
|
Potere
calorifico |
-1,5%
|
-1,3%
|
Numero
di cetano |
+12%
|
+12%
|
Thompson,
1996 |
|
|
Lo stesso
studio ha evidenziato che non esistono sostanziali variazioni nelle prestazioni
di un motore alimentato con biodiesel stoccato per due anni, rispetto
all'utilizzo dello stesso combustibile appena prodotto.
Viscosità:
il processo di esterificazione modifica molto la viscosità
dell'olio di partenza tanto da renderla più simile a quella del
gasolio; durante la reazione la molecola di trigliceride si "rompe"
e forma tre molecole di metilesteri, più piccole e quindi meno
viscose. (Peterson et Al, 1997). Il
metil-estere di olio di soia sembra avere la viscosità più
bassa (4 cSt), mentre il metilestere di olio di colza sembra essere il
più viscoso con circa 6 cSt, mediamente comunque la viscosità
di un metilestere supera di 1,3 - 2,1 volte quella del gasolio americano
D2. (Peterson et Al, 1997 ;
US DOE-NREL 1998;
Clements D.L., 1996).
Combustibile
|
Punto
di infiammabilità
|
Metilestere
di olio di soia (valore medio) |
4,01
cSt
|
Metilestere
di olio di girasole |
4,6
cSt
|
Metilestere
di olio di palma |
5,7
cSt
|
Metilestere
di olio di colza |
6
cSt
|
Etilestere
di olio di soia |
4,41
cSt
|
Gasolio
2D (valore medio)
|
2,6
cSt
|
|
I valori
normali di viscosità per un metilestere di olio vegetale si aggirano
attorno a 4,5 - 5 cSt (centiStokes).
La presenza di glicerolo determina un aumento della viscosità,
ma tale parametro è ovviamente influenzato anche dalla composizione
in esteri della miscela del biocombustibile.
|