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CAScade deoxygenation process using tailored nanoCATalysts for the production of BiofuELs from lignocellullosic biomass

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Un nuovo processo per la produzione di biocarburanti da rifiuti forestali e agricoli

Utilizzare catalizzatori su misura per produrre biocarburanti avanzati da rifiuti forestali e agricoli significherà un ridotto impatto ambientale e costi inferiori.

Cambiamento climatico e Ambiente
Energia
Ricerca di base

La conversione della lignocellulosa in carburanti per il trasporto può essere tentata attraverso diversi percorsi. Tuttavia, non si tratta di un compito semplice a causa della complessità chimica, dell'elevata stabilità e dell'alto contenuto di ossigeno. Tra i vari processi di trasformazione termochimica, la pirolisi della biomassa si è dimostrata un'opzione molto promettente per la produzione di biocarburanti liquidi. La pirolisi implica il trattamento della biomassa in atmosfera inerte per produrre tre frazioni: gas non condensabili, liquidi (bio-olio) e un residuo solido (residuo di carbonizzazione). Il progetto CASCATBEL ha sviluppato un processo efficiente dal punto di vista dei costi per convertire le materie prime lignocellulosiche in biocarburanti liquidi di seconda generazione, utilizzando nano-catalizzatori su misura per fornire prodotti con proprietà simili a quelle dei carburanti derivati dal petrolio. «Abbiamo iniziato esaminando la biomassa con l'accoppiamento sequenziale di tre fasi catalitiche per ottenere la conversione controllata della biomassa stessa in biocarburanti liquidi potenziati (bio-oli)», afferma il coordinatore del progetto, il dott. David Serrano Granados. «Le tre fasi sono: pirolisi catalitica, deossigenazione intermedia e idrodeossigenazione.» Gran parte dell'ossigeno contenuto nel bio-olio di pirolisi viene rimosso nelle prime due fasi catalitiche. Ciò minimizza l'idrogeno consumato nell'ultimo trattamento, il che ha effetti molto positivi in termini di economia di processo e impatto ambientale. «Oltre ai biocarburanti avanzati, il processo progettato genererà elettricità rinnovabile dalla combustione del residuo di carbonizzazione formatosi nel primo passaggio di pirolisi», spiega il dott. Serrano. «Allo stesso modo, in relazione alla mitigazione dei cambiamenti climatici, la riduzione stimata dei gas serra del processo sviluppato nella maggior parte degli scenari considerati è superiore al 90% rispetto ai combustibili fossili.» Bio-olio utilizzato nei carburanti per il trasporto Il bio-olio prodotto alla fine conteneva poco ossigeno e proprietà migliorate, come un maggiore valore calorifico, maggiore stabilità e maggiore miscibilità con gli idrocarburi. «Ciò consente al bio-olio di essere usato nella formulazione di carburanti per il trasporto, miscelandolo con frazioni di benzina e diesel convenzionali», commenta il dott. Serrano. Lo sviluppo del processo ha permesso ai ricercatori di esplorare e comprendere appieno le dinamiche catalitiche e di reazione e valutare il comportamento del catalizzatore in un ambiente pertinente. Il lavoro sperimentale è stato condotto su tre diverse scale (in laboratorio, su piccola scala e in un impianto pilota), usando sia composti modello che materie prime reali da biomassa. Il dott. Serrano afferma: «Non è stato semplice, poiché molti catalizzatori, che mostravano buone prestazioni con i substrati del modello, dimostravano invece scarsa attività catalitica nell'alimentazione di materiali da biomassa reali. Inoltre, con le materie prime reali da biomassa, i problemi di disattivazione del catalizzatore erano aggravati dell'esteso deposito di residui carboniosi e/o della lisciviazione delle fasi attive nei catalizzatori». Queste difficoltà sono state superate esaminando un'ampia gamma di materiali catalitici, modalità operative e condizioni di reazione. «I ricercatori hanno scoperto che la modifica dei catalizzatori a base microporosa, come la zeolite, mediante l'aggiunta di componenti selezionati era molto efficace per attenuare le reazioni secondarie indesiderate, portando a una migliore resa di bio-olio migliorato», osserva il dott. Serrano. Si prevede che il progetto CASCATBEL abbia diversi impatti, principalmente nell'ambito del mercato europeo dei biocarburanti avanzati. Anche altri settori industriali saranno interessati ai suoi sviluppi, come il sistema catalitico progettato per promuovere in un unico passaggio sia la pirolisi catalitica che le reazioni intermedie di deossigenazione dei vapori di bio-olio. «Così, questo materiale, costituito da una zeolite modificata, potrebbe essere usato per la co-elaborazione di altre materie prime oltre alla lignocellulosa, come i rifiuti plastici», conclude il dott. Serrano.

Parole chiave

CASCATBEL, deossigenazione, biomassa, biocarburanti avanzati, nano-catalizzatore

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