Newsgroup: it.scienza.chimica
Titolo: Pile a combustibile

Ciao,
  qualcuno ha informazioni sulle celle a combustibile per la generazione 
di energia elettrica usando come combustibile EtOH? Eventualemnte dove 
posso ottenere informazioni al riguardo? So per certo che esistono e 
sono "commercializzate" (anche se è una parola grossa) quelle che 
utilizzano MetOH, ma ad EtOH non ho mai sentito nulla (ma sinceramente 
non sono molto informato).
Eventualemnte qualcuno conosce se vi sono possibili controindicazioni ad 
usare miscele Acqua - EtOH (ovviamente il primo farebbe da "inerte")?
Il tutto mi incuriosiva perche si avrebbe un buon mezzo per la 
conversione di biomasse in energa elettrica... prima una fermentazione e 
poi una "combustione" senza dover prima concentrare l'acool (processo di 
distillazione altamente sconveniente dal punto di vista energetico).
Cieo e grazie
		Mavimo

  qualcuno ha informazioni sulle celle a combustibile per la generazione 
In merito ti consiglio di contattare il prof. Vito Di Noto 
dell'Università di Padova; studia le celle a combustibile da molto tempo 
e ha messo a punto una cella funzionante a metanolo e anche a idrogeno.
Ciao, Raffaele

 Ciao, Raffaele
Grazie 1000 dell'informazione, ma il mio più che altro è un'interesse di 
base, non mi pare il caso di scomodare professoroni :P
In pratica  la malsana idea  che mi era venuata  in mente era  quella di
produrre da  fermentazione  etanolo fino  a una concentrazione  del ~10%
tramite  lieviti   fermentatori,  che   non  arrivano  a  concentrazioni
superiori di alcool.
A questo punto la soluzione veniva filtrata (per eliminare le particelle
in sospensione)  e inviata  a delle  celle a  combustibile che producono
energia elettrica.
Il fatto  di non aver  mai sentito  di impianti del genere mi fa pensare
che  attualmente  non si  hanno ancora  i mezzi tecnici per farlo (ad un
prezzo  accettabile),  quindi volevo  solo saperne  qualche scosa di più
sulle celle a combustibile (che ritengo siano il problema maggiore). Per
ora ho trovato solo alcune notizie su alcuni progetti finanziati dall'UE
per pile a EtOH ma a concentrazioni molto elevate...
Ciao
	Mavimo

Mavimo ha scritto:

Ammetto che l'idea ha sempre fatto gola anche a me. In realtà la 
non distillazione dell'etanolo (e quindi l'uso diretto da 
soluzioni diluite in acqua, non darebbe grossi problemi per il 
fatto in sé). Nemmeno i catalizzatori paiono il problema 
peggiore, dato che uno attivo sul metanolo potrebbe lavorare 
anche sull'etanolo, anche se come sottoprodotto verosimilmente 
darebbe aceto e non CO2, ma è il meno.
Imho il vero casino è un altro : cos'altro gira in soluzione di 
alimentazione. E la risposta è di tutto e poco 
controllabilmente. Tracce di proteine, zuccheri, lipidi, 
minerali, coenzimi, corpi cellulari dei lievitie/o batteri usati 
per fermentare, magari in tracce piccole, ma che effetto ha 
questa roba sul catalizzatore ? Ci vorrebbe quindi quantomeno 
una membrana filtrante molto efficace che si lasci permeare solo 
da acqua e alcool, come barriera tra il comparto celle e 
l'alimentazione. Anzi, magari anche permeabile all'acido acetico 
prodotto. Non me ne intendo di membrane selettivamente 
permeabili, quindi non aggiungo altro. Ma oserei dire che uan 
difesa ci vuole, altrimentiil catalizzatore (che tra l'altro 
lavora a caldo), lo devi rigenerare dopo brevissimo tempo, imho.
Il metanolo di sintesi (CO+H2) solitamente non soffre dei 
problemi delle matrici biologiche, ovviamente.
ciao
Soviet_Mario

 Soviet_Mario
Ciao e grazie delle dritte
	Mavimo

Ho provato a fare due conti, se qualcuno ha qualche consiglio su
elementi che ho trascurato o errori sono ben accetti:
Ipotesi:
  * resa delle celle del 30% rispetto al calore di combustione dell'EtOH
(non so se è un valore verosimile, ma tanto per fare qualche conto...)
  * t di fermentazione in reattore batch (per arrivare al 10% di EtOH)
pari a 72h (dati presi dal Perry's), ma visto che anche qui ne so poco
se qualcuno ha qualche dato più realisticho (ma non troppo, è solo per
avere un'idea!!)
  * Soluzione finale al 10% EtOH (d=980 Kg/mc @ 35°C)
  * produzione di 10^8 kJ / anno pari a un consumo di circa 3 kWh (un pò
più di una famiglia visto che ho produzione 24h su 24 e 7gg su 7), tanto
per considerare anche la spesa energtica dell'impianto.
In pratica dovrei produrre circa 120Kg di EtOH/anno pari ad 1170Kg/anno
di soluzione; considerando il tempo di fermentazione sarebbero tante
piccole cariche da fare nel reattore di circa 10Kg per carica, con un
volume del reattore di poco meno di 10L ( ma facciamo anche 20L in modo
da considerare la sostanza da fermentare, agitazione dell'impianto, etc,
etc, etc).
A questo punto uno potrebbe farsi un piccolo fermentatore in casa e
prodursi l'energia che gli serve, sinceramente credevo servissero
impianti di dimensioni maggiori (ovviamente fare centrali più grandi
sarebbe più vantaggioso e di più facile gestione).
Il problema forse più grande è capire cosa utilizzare per la
fermentazione alcoolica, ma credo si possibile utilizzare qualsiasi
sostanza contenente zuccheri/amido (per esempio mais) ma qui chiedo un
pò di lumi.
[EDIT]
Cercando su un libro che usavo ale superiori ho trovato, riassumendo:
  * la via metabolica seguita nella fermentazione è quella della
glicolisi (o via Embden-Meyerhof-Parnas)
  * il metabolsmo utilizzato solitamente è il *Saccharomyces cerevisae*, 
ma altri si sono dimostrati più efficenti (*Zymomonas mobilis* per esempio)
  * le operazioni idustriali partono da una melassa del 15-20% di 
saccarosio mantenute a 25-30°C per 50h ottenendo concversioni del 90% e 
concentrazione finale del 10-16%
  * la prima fase viene condotta per via aerobica (per favorire la 
crescita batterica) mentre la fase produttiva vera e propria viene 
condotta in anaereobiosi.
  * l'inocuolo costituice il 5% della massa iniziale
  * si ha produzione _anche_ di acooli superiori (soprattotto 
l'isoamilico) e glicerina
[/EDIT]
Il punto principale diventerebbe come ottenere la melassa iniziale 
sfruttando prodotti poco pregiati (o meglio ancora di scarto)...
[EDIT2]
In un altro libro ho trovato che la melassa viene ottenuta da zuccheri 
(canna da zucchero, barbabietola, manioca dolce,...) , sostanze amidacee 
(cereali, patate, manioca e tapioca, ...), residui dell'agricoltura 
(paglia, legno) o scarichi urbani e industriali (giornali, acque 
solfitiche di cartiera, sieri caseari, scarichi di industrie alimentari, 
...).
A questo punto deve internevire il processo di raffinazione della 
biomassa per mezzo di idrolisi chimica o enzimatica
[/EDIT2]
Ora, sperando che qualcuno sia attivato fino a quì, sapreste darmi info 
sull'idrolsi di amidi (che a quanto ho capito serve principalmente per 
le sostanze amidacee, paglia e legno)
Ciao
	Mavimo
PS: scusate la lunghezza del post, ma mi serviva un pò per _anche_ 
riordinare le idee :P

 (non so se è un valore verosimile, ma tanto per fare qualche conto...)
imho, dipende sempre se hai usato il DH di ossidazione ad acido 
acetico (realistico) oppure quello completo a CO2, che sempre 
imho non si verifica in una fuel cell adattata da quella a metanolo.
Se poi il catalizzatore è diverso, ovvio che cambia tutto. Mi 
pareva esistessero catalizzatori adatti persino a idrocarburi 
tal quali, anche a 6-8 atomi di C, ma è chiaro che le 
temperature operative sono ben diverse dai 25°(anche perché il 
catalizzatore deve essere ibrido, e fare anche cracking).
Essenzialmente il catalizzatore deidrogena l'alcool ad aldeide, 
e l'aldeide idrata ad acido, e stop, il metile è molto più tosto.
A prescindere, capisco l'interesse per il tipo di generazione, 
ma se da una fuell cell si pensa di cavare un 30% di rendimento, 
allora il vantaggio rispetto a un generatore convenzionale dove 
sta ? 30% li fa un motore a combustione interna. Le fuel cell 
arrivano anche a 90%. Col 30% ci si deve limitare 
sostanzialmente ai soli prodotti di rifiuto senza costi vivi che 
non il trasporto, se no la sola coltivazione e un minimo di 
"cure" ti rosicchia via tutto il guadagno.
Cmq, tenendo buono il 30 % di resa di corrente elettrica, e 
ammettendo il 70 % di dissipazione termica, perché non provi a 
vedere quante Kcal termiche ti vengono di "scarto" per unità di 
peso di soluzione e quante ne servirebbero per distillare pari 
massa della soluzione al 10% di alcool ?
Se per caso il recupero termico bastasse, la fuel cell stessa 
potrebbe anche svolgere il ruolo di riscaldatore per la caldaia 
di distillazione-frazionamento, e potrebbe poi essere alimentata 
non con il mosto primario ma con la soluzione distillata ad alta 
gradazione (che è già parecchio più purificata da ogni sorta di 
schifezza del batch).
Io non ho provato a fare nessun calcolo, perché non ho manuali 
con dati sperimentali sulla distillazione frazionata del vino o 
simili.
interessanti gli altri dati
CUT all
Ah, per ricavare monosaccaridi da amidi (persino dalla 
cellulosa), basta una lunga bollitura a riflusso in acido 
cloridrico : tanto più è diluito tanto più lunga l'ebollizione 
(meglio forse in pressione, così da stare sui 130-140° o più e 
accorciare i tempi, che sono lunghi).
Ma se sei appassionato di processi enzimatici, negli stomaci di 
erbivori e termiti ci sono altri batteri in grado di idrolizzare 
a T.A. la cellulosa a glucosio, servirebbe un pre-batch di 
idrolisi, da alimentare a paglia, stoppie, lolla di riso, tutoli 
di mais, scarti di cotone, altre erbacce e bucce di vario genere 
a alto tenore di cellulosa. Si evita di dover neutralizzare gli 
idrolizzati "chimici".
Non so se è al momento economico, dato che le soluzioni 
zuccherine sono già piuttosto economiche tal quali (basta 
spremere pressoché tutta la frutta che sta andando a male, oltre 
ai tuberi citati).
Purtroppo la mia coltura di ceppi batterici commerciali adatti a 
biotrasformazioni è pressoché nulla, anche se è un campo 
attualissimo.
ciao
Soviet

 Soviet
Ciao e grazie
	Mavimo

 evita di dover neutralizzare gli idrolizzati "chimici".
Ho trovato anche questo, ma non so quando sia fattibile (qui da noi) 
un'impianto del genere:
[CIT]
Un progetto innovativo ad opera di una società canadese è stato 
applicato ad un impianto in fase di costruzione in Nuova Scozia, questo 
impianto viene definito "bioraffineria" ed è basato su una tecnologia 
avanzata del frazionamento a vapore (steam fractionation), frazionamento 
sequenziale della biomassa con autoidrolisi, la produzione del 
bioetanolo si ottiene da materiale lignocellulosico quindi meno pregiato 
di quello che attualmente viene utilizzato per ottenere bioetanolo, 
questo comporta un minor costo del prodotto finito potendo utilizzare 
sia colture ad hoc ma a basso costo e sia biomassa derivante dagli 
scarti agro-industriali, forestali, ecc. Secondo i responsabili del 
progetto è necessario un minor apporto di energia per la produzione, gli 
attuali processi di distillazione richiedono, secondo i più recenti 
studi, 66 unità di energia per ottenerne 100 con un incremento di 
energia ottenuta del 34%. I sottoprodotti di produzione sono 
fertilizzanti, materiali polimerici biodegradabili e altri prodotti 
utili nell'industria  chimica. Particolare attenzione progettuale è 
stata posta per evitare l'emissione di inquinanti alla fine del ciclo 
produttivo, i responsabili dichiarano che l'acqua di scarico è potabile.
[/CIT]
http://www.biovisiontech.ca/
http://www.herald.ns.ca/stories/2003/12/26/fNovaScotia112.raw.html
Infine (e poi mi potete linciare):
[CIT]
Secondo l'Itabia , l' Ises, l' Università di Roma, ma anche secondo 
fonti provenienti dai sostenitori del nucleare, si possono ottenere 15 
tonnellate/anno  di biomasse per ettaro, corrispondenti a circa 5 
tonnellate di bioetanolo.
Attualmente la disponibilità di biomasse residuali (legno, residui 
agricoli e dell'industria agroalimentare, rifiuti urbani e 
dell'industria zootecnica ecc.), in Italia, corrisponde ad un ammontare 
di circa 66 milioni di t di sostanza secca l'anno.
Tenuto conto di usi alternativi della biomassa e della difficoltà di 
accesso a molti luoghi di produzione e di raccolta, la quantità 
utilizzabile per fini energetici è di 45 milioni di tonnellate, i 
terreni non utilizzati perchè poco produttivi per produzioni agricole e 
incolti per le norme comunitarie sulle eccedenze agroalimentari sono 
almeno 20.000 kmq che se utilizzati a fini energetici potrebbero 
produrre circa 30 milioni di tonnellate di biomassa, in assieme si 
potrebbero ottenere 25 milioni di tonnellate di bioetanolo.
[/CIT]
Grazie a tutti, anche per la pazienza di essere arrivati a leggere fin quà!
	Mavimo