Biodiesel production from Chilean macroalgae : techno-economic feasibility analysis of cogenerative and solar technologies integrated in the transesterification process

The present work is born with the aim of finding a solution to the conspicuous accumulation of algae on the Chilean coasts. Every year the coastal communities are forced to employ huge economic efforts for the collection and disposal of the algae. An effective solution is to exploit their energy potential for biodiesel production. In fact, biodiesel is considered a promising alternative to conventional diesel, in a world increasingly threatened by climate changes caused by the excessive exploitation of fossil resources. However, it is common practice to supply the necessary energy to the biodiesel process by means of fossil fuels, contributing to environmental disasters. This is why the present paper aims to analyze possible solutions in order to make the process the greenest possible. The first part of the study involves the simulation on Aspen of the whole oil-FAME transesterification process, with the aim of assessing the demanded energy flows. It continues with the analysis of conventional cogeneration and solar technologies (solar thermal collectors and concentrating plants) that can provide the process with this energy, exploiting the same biodiesel produced in loco and the wide Chilean solar potential. The elaborate ends with the economic analysis of the various technologies with the aim of indicating the optimal solution that allows exploiting the energy potential of algae in such a way as to free the process from an extreme dependence on fossil sources and to make it as renewable as possible. The results show how the integration between the steam turbine and solar collectors makes the process sustainable, clean and even self-sufficient. On the contrary, concentrating solar technology, despite being fascinating, appears to be the least indicated solution, given its non-maturity on Chilean soil.

Il presente lavoro nasce con l'obiettivo di trovare una soluzione al cospicuo accumulo di alghe sulle coste cilene. Ogni anno le comunità costiere si trovano costrette ad impiegare ingenti sforzi economici per la raccolta e lo smaltimento delle stesse. Un’efficace soluzione sarebbe quella di sfruttare il potenziale energetico delle alghe per la produzione di biodiesel. Il biodiesel è infatti considerato una promettente alternativa al diesel convenzionale, in uno scenario mondiale sempre più minacciato dai cambiamenti climatici causati dall’eccessivo sfruttamento delle risorse fossili. È però prassi comune quella di fornire l’energia necessaria al processo di conversione del biodiesel tramite combustibili fossili. È per questo che il presente elaborato si prepone l’obiettivo di analizzare possibili soluzioni per rendere il processo il più “green” possibile. La prima parte dello studio in esame prevede la simulazione su Aspen dell'intero processo di transesterificazione da olio a FAME, con l'obiettivo di valutare i flussi energetici richiesti dal processo. Prosegue con l'analisi di tecnologie convenzionali cogenerative e solari (collettori solari termici e impianti a concentrazione) che possano fornire tale energia al processo, sfruttando lo stesso biodiesel prodotto in loco e l’enorme potenziale solare del Cile. L'elaborato si conclude con l'analisi economica delle varie tecnologie con lo scopo di indicare la soluzione ottima che permetta di sfruttare il potenziale energetico delle alghe in modo tale da svincolare il processo da un'estrema dipendenza dalle fonti fossili e di rendere lo stesso il più rinnovabile possibile. I risultati mostrano come l’integrazione tra turbina a vapore e collettori solari renda il processo sostenibile, pulito e anche auto-sufficiente. Al contrario, la tecnologia solare a concentrazione, seppur affasciante, appare la meno indicata data la non maturità della stessa sul suolo Cileno.