Hemp MythBusters – Il biodiesel di canapa può sostituire il diesel standard?

Il mito

Il biodiesel di canapa può sostituire il diesel standard.

Lo sfondo

Tutti sappiamo cos’è il gasolio, ma cosa lo rende esattamente così speciale e diverso dalla benzina? È un prodotto meno raffinato rispetto alla benzina ed è il combustibile principale per i grandi motori, tra cui:

• Veicoli di classe 8 (autobus, semirimorchi, camion della spazzatura, ecc.)
• Navale per l’oceano
• Locomotive ferroviarie
• Macchine da costruzione (bulldozer, escavatori, dumper, ecc.)

In queste applicazioni, il gasolio è in grado di offrire vari vantaggi rispetto alla benzina, tra cui:

• Coppia più alta
• Rapporti di compressione più alti
• Densità energetica più alta

Il biodiesel è stato un carburante emergente per molti anni. Il processo per produrre biodiesel si chiama transesterificazione. Molti diversi oli vegetali e animali possono essere utilizzati per produrre biodiesel, ma i più comuni sono (secondo l’EIA):

• Olio di soia (52%)
• Mangimi riciclati (13%)
• Olio di mais (13%)
• Olio di colza (12%)
• Grassi animali (10%)

Quindi, ci buttiamo, rivediamo i dati, facciamo un po’ di conti e vediamo quanto è vero questo mito della canapa.

I dati

Per questo mito, ci concentreremo su alcuni punti principali, tra cui:

• La quantità di terra necessaria per il biodiesel di canapa per sostituire il diesel standard
• Differenziali di costo
• Effetto sulla fornitura di cibo
• Complicazioni tecniche

Quanta terra?

Come sempre, per sostituire una fonte di energia da combustibili fossili con una fonte basata sulle piante, sono necessarie grandi quantità di terra.

Secondo il Ministero dell’Agricoltura e delle Foreste del Governo di Alberta, Canada, 1.074 libbre di semi di canapa possono essere prodotte per acro utilizzando ceppi di grano di canapa. Secondo la nostra esperienza, lavorando con il ceppo Katani di HGI, il 21% del peso totale del seme può essere pressato in olio di semi di canapa. Questo si traduce in un peso di olio di 226 libbre per acro.

Secondo l’EIA (Energy Information Association, un’agenzia governativa statunitense), 11,9 miliardi di libbre di olio sono state utilizzate per creare biodiesel negli Stati Uniti nel 2017. Affinché la canapa sostituisca solo questo, avremmo bisogno di 52.654.867 acri di terreno o il 22,6% dei terreni agricoli degli Stati Uniti, in base ai dati della Farm Service Agency, 1 agosto 2019.

Ora, questo è solo per il biodiesel di canapa per sostituire la produzione di biodiesel esistente. Cosa ci vorrebbe per il biodiesel di canapa per sostituire il diesel standard?

L’EIA ci informa che gli Stati Uniti hanno consumato 41,4 miliardi di galloni di “On Highway Distillate Fuel Oil” nel 2017. Questo è solo un nome più lungo per il gasolio. Quanto pesa questo carburante?

Il diesel pesa circa 6,9 libbre per gallone. Quindi il peso totale del gasolio consumato negli Stati Uniti è di 285,7 miliardi di libbre di gasolio. Questo è molto! Ma dobbiamo tradurlo in acri necessari alla canapa per sostituirlo.

Come calcolato sopra, un acro di canapa può produrre 226 libbre di olio. Se facciamo un po’ di conti, scopriamo che un totale di 1,26 miliardi di acri di terra sono necessari per produrre abbastanza olio di semi di canapa per eguagliare il peso del diesel standard consumato. Gli Stati Uniti sono solo 2,4 miliardi di acri.

Per far sì che il biodiesel di canapa sostituisca il diesel standard, sarebbe necessario il 50% di TUTTA la terra degli Stati Uniti per soddisfare quest’ordine.

Se invece volessimo solo sostituire il biodiesel standard, avremmo bisogno di usare il 22,6% di tutta la terra agricola statunitense.

Finora sembra che non abbiamo abbastanza acri per coltivare abbastanza canapa per produrre olio di semi di canapa per sostituire il diesel standard.

Qual è il costo?

Per essere competitivo in termini di costi con il diesel standard, il biodiesel deve mantenere un prezzo di vendita di 2,933 dollari per gallone utilizzando l’attuale media dei prezzi nazionali AAA.

Esaminiamo il lato dell’offerta, la volontà degli agricoltori, da un punto di vista economico, di produrre un raccolto al prezzo di cui sopra. Calcoleremo il valore per libbra di un sostituto del diesel e vedremo quanto un agricoltore guadagnerebbe per acro.

Inoltre, quel gallone di carburante diesel pesa 6,9 libbre. Dato questo, il valore per libbra è di 0,425 dollari per libbra. A parità di condizioni, diciamo che l’agricoltore riceverà l’intero valore al dettaglio alla pompa. Con una resa per acro di 226 libbre di olio moltiplicato per il valore per libbra di 0,425 dollari, possiamo vedere che un agricoltore, in questo scenario, incasserebbe 96,05 dollari per acro. Tornando al prezzo HGI e al tasso di semina, l’azienda agricola sarebbe sott’acqua di 8,95 dollari per acro solo per comprare il seme, per non parlare di metterlo nel terreno, coltivarlo e raccoglierlo.

Ora l’altra cosa con questo scenario è che l’agricoltore non otterrebbe il valore della pompa al dettaglio. L’EIA afferma che il prezzo all’ingrosso del diesel a basso tenore di zolfo è di 1,96 dollari al gallone (usando la zona più costosa, Los Angeles). Questo è il 66,8% del valore del prezzo medio nazionale al dettaglio. Dato questo, se un agricoltore vendesse all’ingrosso (supponendo che il suo olio sia in grado di essere un carburante senza raffinazione, cosa che non è), incasserebbe solo 64,16 dollari per acro.

L’unico modo in cui un agricoltore può massimizzare il valore dell’olio, come fonte di carburante diesel, sarebbe quello di piantarlo, raccoglierlo, raffinarlo in biodiesel, trasportarlo e venderlo al dettaglio in una stazione di servizio di sua proprietà. Ma ancora una volta, perderanno almeno 8,95 dollari per acro, considerando solo il costo dei semi.

Finora possiamo vedere che nessun agricoltore vorrebbe coltivare la canapa solo per raccogliere l’olio per fare biodiesel.

Per divertimento, diamo un’occhiata al lato della domanda, va bene? Questo sarà quanto i raffinatori dovrebbero pagare per fare il biodiesel.

Secondo l’Alternative Fuels Data Center il biodiesel è fatto facendo reagire qualche tipo di olio vegetale (o grasso animale) con un alcol a catena corta e un catalizzatore. Dichiarano inoltre che 100 libbre di olio vegetale in entrata produrranno 100 libbre di biodiesel in uscita. Questo rende la conversione facile. La prossima domanda è: quanto costa l’olio di semi di canapa?

Il prezzo più basso che ho potuto trovare è stato da Bulk Apothecary con un prezzo di 3,63 dollari a libbra. Ricordate che un gallone di gasolio pesa 6,9 libbre e ogni libbra in entrata equivale a una libbra in uscita. Quindi il nostro prezzo per gallone solo per comprare l’olio è di 25,05 dollari. Questo non include la spedizione del petrolio, la raffinazione, la spedizione del prodotto raffinato o i costi di vendita al dettaglio. Guardiamo il grafico per vedere un confronto:

Si può vedere che il biodiesel dall’olio di semi di canapa sarebbe estremamente costoso. Immaginate di riempire il vostro serbatoio (diciamo 10 galloni) e pagare 250,50 dollari alla pompa. Rispetto all’olio di soia (che è usato come materia prima per la maggior parte del biodiesel, secondo l’EIA), l’olio di semi di canapa è quasi 13 volte più costoso.

Perché l’olio di semi di canapa sia competitivo, il prezzo dovrebbe diminuire del 92,2%. Questo per sostituire l’olio di soia nel biodiesel, per il diesel standard è di più.

Con questo, è abbastanza evidente che il biodiesel di canapa non sarà in grado di sostituire il diesel standard dal lato dell’offerta o della domanda. Gli agricoltori perderebbero soldi per ogni acro coltivato e i consumatori vedrebbero i prezzi alla pompa subire aumenti estremi.

Riduzione dell’offerta di cibo

Questa sezione tornerà a parlare del fabbisogno totale di terra, poiché l’offerta di cibo è una funzione della terra disponibile.

Per produrre abbastanza olio di semi di canapa per produrre biodiesel di canapa per sostituire il diesel standard, avremo bisogno di un sacco di ettari. 1,26 miliardi di acri per essere esatti, oltre il 50% di tutta la terra degli Stati Uniti.

Quindi non possiamo coltivare abbastanza canapa negli Stati Uniti per sostituire il diesel standard americano. Ma mettiamo da parte questo e diciamo che possiamo. Dobbiamo vedere che effetto potrebbe avere sulle forniture di cibo.

Utilizziamo qualche altra statistica per capire quante persone sarebbero colpite:

• 7,5 miliardi – popolazione della Terra
• 4.62 miliardi – acri coltivati sulla Terra (USGS Survey)

Dati questi valori, sarebbe sicuro dire che ogni acro sulla Terra sostiene 1,62 persone (ci sono 62% più persone che acri coltivati). Quel 1,26 miliardi di acri che avremmo bisogno di coltivare (fatto divertente: ciò richiederebbe il 27,3% di tutti gli acri coltivabili sulla Terra), comporterebbe la perdita di accesso al cibo per circa 2,04 miliardi di persone. Questo è così scandaloso che consideriamo invece il biodiesel di canapa in sostituzione del biodiesel standard.

Per questo avremmo bisogno di 52.654.867 acri di terra che si tradurrebbe in 85,3 milioni di persone che perderebbero l’accesso al cibo.

Ora i semi di canapa possono produrre proteine insieme all’olio. Oilseedcrops.org ci informa che la canapa può produrre da 5 a 45 bushel per acro (44 libbre per bushel). Dato che un acro di canapa può produrre da 220 libbre di farina a 1.980 libbre di farina. Questo potrebbe essere applicato nel mercato alimentare.

Tuttavia, un bushel di mais pesa 56 libbre e un singolo acro può produrre 178 bushel secondo il Farm Bureau (fb.org). Questo equivale a 9.968 libbre di mais per acro, sgranato e senza pannocchia. Per sostituire il biodiesel standard, guardiamo cosa accadrebbe se gli acri di canapa sostituissero quelli di mais. Con l’olio che va in carburante e le proteine che vanno nel mercato alimentare per sostituire il mais perso, possiamo calcolare che solo 68,24 milioni di persone resterebbero senza cibo (questo è dovuto al fatto che la canapa, nel migliore dei casi, può produrre solo il 20% del grano che può produrre il mais).

Ora possiamo vedere che anche se avessimo la terra e l’economia fosse favorevole, la perdita della produzione del raccolto porterebbe probabilmente alla perdita di forniture alimentari che interesserebbero decine di milioni di persone. Questo è solo la sostituzione del biodiesel standard, per non parlare del diesel standard. Se guardiamo davvero al mito e alla quantità di terra richiesta, miliardi di persone resterebbero senza il cibo di cui hanno bisogno.

Le questioni tecniche

Ora per qualsiasi biodiesel per sostituire il diesel standard, indipendentemente dall’uso della canapa o meno, ci sarà una serie di questioni tecniche tra cui:

• Ridotto contenuto energetico (117.000 BTU per il biodiesel a 131.000 BTU di petrolio diesel). Questo porta a una minore potenza e a una minore economia complessiva del carburante e autonomia. (PennState Extension)
• Punto di nube elevato (30-50 gradi di punto di nube). Porta a linee di carburante intasate, filtri intasati e problemi di avviamento a freddo. Inoltre, materie prime diverse mantengono punti di nuvola diversi che possono portare a problemi di coerenza della qualità. (Bell Performance)
• Assorbimento dell’acqua. Il biodiesel è in grado di assorbire e trattenere l’acqua. Quest’acqua può ridurre l’autoaccensione perché l’acqua non è combustibile e può portare alla formazione di ghiaccio nel sistema di alimentazione nei climi più freddi. Inoltre, il biodiesel può essere una fonte di cibo per batteri e altri microbi che possono crescere all’interno dell’acqua assorbita e portare a filtri del carburante intasati e a una degradazione più rapida del biodiesel. (Bell Performance)

Questi problemi sono stati documentati per il biodiesel da fonti esistenti. Ma il processo di produzione è lo stesso, indipendentemente dalla fonte. Con questo possiamo aspettarci che simili problemi di prestazioni possano verificarsi con il biodiesel di canapa.

Il mito – BUSTED

Con tutti questi dati, il mito “il biodiesel di canapa può sostituire il diesel standard” è BUSTED.

Ci sono problemi significativi con questo mito. Prima di tutto, secondo noi, è il differenziale di costo del biodiesel di canapa rispetto alle miscele di biodiesel esistenti, per non parlare del diesel di petrolio. Inoltre, la quantità di terra richiesta è estrema e se questa terra venisse usata per coltivare una coltura energetica, grandi popolazioni potrebbero trovarsi in carenza di cibo. Per superare questo, la quantità di olio prodotto per acro dovrebbe aumentare significativamente e il costo opportunità dell’olio di semi di canapa nell’industria alimentare dovrebbe diventare saturo perché si verifichi una compressione dei prezzi.

Infine, la questione tecnica del biodiesel rende il carburante molto meno attraente attraverso la lente del “drop-in”. È possibile che possa essere utilizzato con poche modifiche al motore, ma la consistenza del carburante dovrebbe essere strettamente monitorata, l’aggiunta di sostanze chimiche per superare i problemi e la miscelazione del carburante con livelli significativi di carburante diesel standard.