Analisi di un impianto cogenerativo ad olio vegetale

1. PREMESSA 
Con questa tesi ci si è proposto di dare visione ad un progetto realizzato, ancora in fase di 
collaudo, localizzato a Cassola nell’alto Vicentino.    
Il suddetto impianto è alimentato da biomasse liquide costituite da materiale vegetale, da colture 
dedicate provenienti da “Filiera corta”, cioè che traggono origine dal territorio nazionale o 
comunque da coltivazioni  all’interno di aree agricole della Comunità Europea. 
L’olio vegetale alimenta un motore a ciclo diesel, accoppiato con un generatore sincrono a bassa 
tensione (400V, 50 Hz). 
Assieme al recupero di calore ottenuto dal raffreddamento della camicia motore e dell’olio 
refrigerante, che ne costituisce la parte cogenerativa, è prevista produzione di energia elettrica. 
L'omogeneità del combustibile consente di condurre il processo di recupero di energia in maniera 
efficiente e compatibile con l'ambiente e la salute. L'impianto è dimensionato per erogare una 
potenza elettrica netta pari a 480 kW interamente ceduta alla rete nazionale, per una produzione 
annuale in rete di 3.564.000kWh. L'energia termica recuperabile, sotto forma di acqua calda alla 
temperatura di 85°C, è complessivamente pari a 250 kW.  
Il nuovo impianto consente la completa valorizzazione delle biomasse vegetali, per il fatto che il 
loro potenziale energetico non è più solo utilizzato per produrre energia termica, ma anche 
energia elettrica. 
L'energia elettrica così prodotta consente il risparmio di corrispondenti quantità di energia 
primaria derivante da fonti energetiche non rinnovabili, per il recupero di calore per riscaldamento 
e per scopi industriali, stimato pari a circa 94.000 m
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/anno di gas metano, cioè 77 TEP.  
Il risparmio di combustibili primari tradizionali, rappresentati nel nostro paese generalmente da 
combustibili fossili di importazione, che sarebbero stati necessari per produrre, con centrali 
termiche tradizionali, pari quantità di energia elettrica, riduce l'emissione in atmosfera di notevoli 
quantità di anidride carbonica e quindi di gas serra, causa dell'ormai evidente squilibrio climatico 
del nostro globo. 
Particolarmente critica per l'ambiente è l'emissione di biossido di carbonio (C0
2
), prodotto dalla 
combustione di combustibili fossili, che è il principale responsabile dell'effetto serra: si stima che 
circa un terzo di tutta la C0
2
 prodotta dall'attività umana, provenga dagli effetti della produzione di 
energia elettrica. 
Il biossido di carbonio prodotto e immesso nell'atmosfera durante la combustione di combustibili 
fossili è stato assorbito e fissato nelle piante in una altra era geologica e giace" sopito ".Pertanto, 
la combustione dei tradizionali combustibili fossili aggiunge biossido di carbonio al contenuto 
attuale dell' atmosfera. Al contrario utilizzando la biomassa, prodotta nella nostra era, si può 
considerare che la C0
2
 emessa sia praticamente zero, in quanto il processo di assorbimento da 
parte delle piante, fonte primaria delle biomasse, avviene quasi contestualmente alla loro 
trasformazione in energia. 
Si stima che la riduzione di emissioni di C0
2
 è di 1.960 tonnellate all’anno, rispetto al quantitativo 
afferente un motore diesel tradizionale. 
In buona sostanza la produzione di energia elettrica da biocombustibili non libera C0
2
 aggiuntivo 
nell'atmosfera, ed è quindi una tecnologia che ben si inserisce nei programmi di riduzione della 
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produzione di C0
2
 consentendo con impianti come quello in questione, un elevatissimo risparmio 
di energia primaria (energia elettrica) altrimenti prodotta da fonti convenzionali. Occorre inoltre 
tenere presente che nell'impianto proposto oltre alla produzione di energia elettrica si recupera 
anche calore per il riscaldamento di capannoni adibiti ad attività produttive.  
In sintesi l’impianto per la produzione di energia da biomassa è composto dai seguenti 
sottosistemi: 
 
 Gruppo cogeneratore SEVA Energia AG mod. SEV – MT480P basato su motore MTU 12V 
2000 G63, potenza elettrica resa 480kW; 
 Serbatoio da 50 m
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 per l’olio vegetale, realizzato in acciaio a doppia camicia con 
sistema di termoregolazione automatica mediante l’utilizzo dell’acqua calda prodotta 
dal motore; 
 Rete di distribuzione per olio vegetale dal serbatoio al motore; 
 Moduli di contabilizzazione dell’olio e dell’energia prodotta; 
 Ventilatori, filtri e raffreddamento di emergenza; 
 Sistema silenziatore per gas di scarico e per l’aria di raffreddamento; 
 Catalizzatore gas di scarico per abbattimento CO e NO
x
; 
 Sistema elettrico in media tensione per collegamento alla rete ENEL; 
 Sistema di controllo e supervisione locale e via rete; 
 Sistemi elettrici in bassa tensione. 
 
Il motore è alimentato da un serbatoio di servizio, isolato termicamente e termostatato della 
capacità di 100 litri, a sua volta collegato al serbatoio principale da 50 m
3
 di capacità. 
La produzione di acqua calda avviene attraverso un modulo di recupero termico completo di 
scambiatore di calore (acqua glicole / acqua) di tipo a piastre. Con questa configurazione di 
scambiatori è possibile utilizzare l’energia termica prodotta (acqua calda alla temperatura di 
80/85°C) per il riscaldamento degli ambienti confinanti e per altri utilizzi specifici (essicazione 
legname). 
Il sistema è allestito all’interno di un container avente lunghezza 12m, larghezza 3m, altezza 2.6m, 
realizzato in acciaio carbonio per esterni insonorizzato con pannelli fonoassorbenti, dotato di 
aperture di ventilazione con filtri antipolvere, rete antintrusione e labirinti fono isolanti, 
rivestimento interno in lana di roccia completo di sistemi di sicurezza e di emergenza. Tutti i 
sistemi ausiliari nonché le pompe per la distribuzione dell’energia termica sono contenuti 
all’interno di un secondo container di dimensioni minori, ma con le medesime caratteristiche 
costruttive. Il tutto è contenuto all’interno di un capannone già esistente. 
 
 
                             
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2. I BIOCOMBUSTIBILI LIQUIDI 
 
Gli oli vegetali non raffinati sono divenuti recentemente di grande interesse per il settore 
energetico, grazie alla possibilità di utilizzarli in motori endotermici con buone efficienze di 
conversione e alla disponibilità di materia a prezzi interessanti sul mercato internazionale. 
Gli impianti funzionanti a olio vegetale rappresentano un settore innovativo e di particolare 
interesse, che ha dato un impulso allo sviluppo delle energie rinnovabili in Italia, offrendo nuove 
opportunità di investimento. 
L'Olio Vegetale Puro è un biocombustibile ottenuto dalla spremitura di semi di oleaginose quali ad 
esempio girasole, colza e soia. 
L’impianto in esame utilizza olio di colza, ricavato dalla pianta Brassica napus, coltivata soprattutto 
in paesi nordici, essa occupa più di 30 milioni di ettari della superficie coltivabile terrestre. 
La produzione dell'olio vegetale puro può avvenire direttamente nell'azienda agricola con semplici 
sistemi di pressatura e filtraggio, ottenendo così una produzione decentralizzata su piccola scala. 
Il prodotto di scarto della produzione è rappresentato da un pannello di estrazione, adatto 
all'alimentazione di animali da ingrasso. 
Vi sono una molteplicità di materie prime adatte alla produzione di olio per utilizzo energetico, con 
caratteristiche simili , ma non identiche. 
La tabella seguente riporta le principali caratteristiche degli oli più diffusi nel mercato 
internazionale. 
 
Coltura T
(semi)/
ha  T
(olio)
/ha  Litri 
(olio)
/ha 
Girasole 2,5 – 4 0,800 952 
Soia 3 – 4 0,375 446 
Colza 2,5 – 3 1,0 1.190 
Palma da olio 10 – 20 
(kg di frutti)
 /casco 3,6 4.500 
 
Questa tabella mostra che la produzione di olio di palma è quella che, per ettaro coltivato, 
garantisce un maggior quantitativo di olio vegetale; va però tenuto conto delle complicazioni che 
risultano nella raccolta e nella spremitura dei frutti della palma. Inoltre, per ragioni climatiche, la 
palma non è coltivata nell’Unione Europea e quindi non è convenzionata dai fondi destinati alle 
energie rinnovabili, per questa ragione  risulta economicamente  poco conveniente. Bisogna 
inoltre tenere conto di altri fattori come la temperatura di fusione e altre caratteristiche che la 
rendono poco compatibile con il clima della zona di collocazione dell’impianto. 
Per tutte queste ragioni si è deciso di utilizzare l’olio di colza come combustibile dell’impianto. 
 
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I. Analisi chimica dei biocombustibili 
 
Dal punto di vista chimico gli oli vegetali sono sostanzialmente trigliceridi composti da 3 lunghe 
catene di acidi grassi, che possono costituire con gli atomi di carbonio un legame singolo o doppio. 
Gli indici Ra, Rb e Rc rappresentano gruppi di atomi di carbonio e idrogeno legati tra loro in una 
catena ramificata.  
Per ridurre la viscosità i trigliceridi sono convertiti in esteri attraverso un reazione di trans 
esterificazione. Quindi da una molecola di trigliceride si ottiene una molecole di glicerina e tre 
molecole di estere. La glicerina viene quindi rimossa come sottoprodotto, e gli esteri vanno a 
comporre quello che conosciamo come biodiesel.   
 
 
        Trigliceride             Glicerina                  Esteri 
 
Le molecole di trigliceride contengono molti atomi di carbonio e idrogeno e solo sei atomi di 
ossigeno: ciò significa che questi oli sono fortemente riducenti e in questo senso sono simili agli 
idrocarburi, quindi ai carburanti convenzionali.   
La definizione della qualità di un carburante è una premessa fondamentale per un’affidabile 
funzionamento dei motori in cui è impiegato: infatti, solo quando qualità e composizione chimica 
del carburante sono definiti in modo rigoroso, è possibile rilasciare le necessarie garanzie sia per il 
corretto funzionamento che per il rispetto dei limiti di emissioni fissati; alcune proprietà, come 
densità, punto di infiammabilità, potere calorifico sono caratteristiche tipiche dell'olio e pertanto 
soggette ad una scarsa variabilità.  
Altre, invece, sono caratteristiche variabili che dipendono da una serie di condizioni al contorno 
(coltivazione, raccolta, stoccaggio del seme, estrazione dell'olio, stoccaggio e trasporto dell'olio) e 
influiscono in modo sostanziale sulle proprietà dell'olio. 
Di queste meritano particolare attenzione: la contaminazione totale, l'acidità e il contenuto di 
fosforo per gli effetti che possono avere nei motori durante la combustione. 
Elevati livelli di contaminazione totale possono comportare l'intasamento dei filtri e degli iniettori. 
Una grossa parte della contaminazione totale deriva dai residui di spremitura dei semi che non 
sono rimossi adeguatamente durante la fase di pulitura dell'olio; inoltre, uno stoccaggio dell'olio 
non appropriato, può anch'esso peggiorare il livello di contaminazione dell'olio. 
L'acidità, o numero di neutralizzazione, esprime il quantitativo di acidi minerali e acidi grassi liberi 
contenuti nell'olio; è espressa in mg di KOH richiesti per neutralizzare un grammo di acido grasso. 
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Esso è un indicatore del grado di alterazione/invecchiamento dell'olio: una eccessiva acidità 
comporta infatti problemi di corrosione negli iniettori. 
Un elevato contenuto di fosforo favorisce la formazione di depositi in camera di combustione. 
Il costruttore definisce dei valori limite per questi parametri in modo da garantire il corretto 
funzionamento del gruppo motore e dell’intero impianto, affinché vengano salvaguardati i diversi 
componenti del motore e rispettati i valori di produzione di energia elettrica e termica stimati in 
fase di progetto. Qui in basso è riportata una tabella che riporta i valori delle proprietà medie 
prese precedentemente in esame, ottenute da analisi chimica dell’olio vegetale confrontate con i 
valori limite imposti dal costruttore. 
 
Proprietà Unità 
Valori          
Min 
limite 
              Max 
Valore riscontrato 
Contaminazione totale mg/kg   20 8 
Acidità mg KOH/g 
  
2,0 0,5 
Contenuto di fosforo mg/kg  
  
12 10 
 
Come si può desumere dalla tabella l’olio utilizzato è conforme agli standard imposti dal 
costruttore, quindi lo si può utilizzare senza compromettere l’integrità del motore. 
Qui in basso è riportata una tabella che riassume le Caratteristiche chimico fisiche medie dei 
principali oli vegetali. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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