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Improving the economic feasibility of the biorefinery through catalysis engineering: enhancing the catalyst performance and optimizing valuable product yields

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Le zeoliti mesoporose sintetiche offrono migliori prestazioni catalitiche per la biomassa

Nel caso in cui la biomassa debba mai competere con le risorse fossili come fonte di combustibili o utili prodotti chimici, la tecnologia per la sua conversione deve essere più efficiente. ECOCAT ha sviluppato e dimostrato un catalizzatore migliorato per i biocarburanti che è commercialmente scalabile.

Energia

La pirolisi catalitica è un processo per convertire biomassa come legno, rifiuti agricoli o dei raccolti in un liquido che può essere trasformato, utilizzando le infrastrutture di raffineria esistenti, per produrre carburanti per il trasporto e altri utili prodotti chimici. Il progetto ECOCAT, finanziato dall’UE e intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha migliorato il processo sviluppando e collaudando un catalizzatore sintetico in un’unità sperimentale appositamente progettata.

Il catalizzatore più attivo, più selettivo e con resa più elevata

La pirolisi catalitica della biomassa agisce rapidamente riscaldando la biomassa a circa 500 ºC in una cosiddetta atmosfera inerte, ovvero priva di gas reattivi. Man mano che la biomassa si decompone, composti ossigenati vengono rilasciati sotto forma di vapori. Questi vapori entrano in contatto con un catalizzatore solido causando reazioni sul catalizzatore che rimuove l’ossigeno dai composti ossigenati. I vapori vengono quindi rapidamente raffreddati e condensati per ottenere i prodotti chimici desiderati. «Il ruolo del catalizzatore è cruciale in quanto è la rimozione dell’ossigeno dai composti ossigenati a produrre un prodotto abbastanza stabile da essere ulteriormente migliorato per carburanti rinnovabili per il trasporto o altri utili prodotti chimici. Questi possono sostituire i composti derivati dal petrolio in molte applicazioni quali additivi per carburanti, solventi, materie plastiche e prodotti farmaceutici», spiega Stelios Stefanidis, coordinatore del progetto. Come solidi cristallini, le zeoliti microporose sono i catalizzatori utilizzati più frequentemente. Tuttavia, mentre i loro micropori contribuiscono a controllare la formazione di sottoprodotti indesiderati, non massimizzano la deossigenazione dei composti ossigenati di vapore. Alcune delle molecole ossigenate più grandi non possono accedere ai siti acidi all’interno dei micropori necessari per la deossigenazione, quindi reagiscono solo con quelli sulla loro superficie esterna. I catalizzatori di zeolite sintetizzati e testati nell’ambito del progetto ECOCAT sono stati modificati per ottenere pori più grandi, noti come mesopori. Questi possono ospitare molecole di ossigenato più grandi che vengono «spezzate» in elementi più piccoli che poi entrano nei micropori. Il team ha sperimentato varie condizioni di trattamento per le zeoliti microporose madri, insieme a vari gradi di porosità e dimensioni diverse dei pori. È stato scoperto che diverse zeoliti mesoporose sintetizzate e testate presentano costantemente un’attività di deossigenazione più elevata rispetto alle zeoliti microporose madri. Hanno anche costantemente prodotto rese più elevate di composti preziosi. I risultati dei catalizzatori in polvere sono stati replicati con particelle più grandi, usando un legante di argilla, che sarebbe più adatto alle condizioni operative dei reattori più grandi che si trovano generalmente nella trasformazione su scala commerciale.

Indipendenza dai prodotti derivati dal petrolio

Utilizzando risorse rinnovabili e rifiuti locali per produrre biocarburanti e prodotti chimici, la pirolisi catalitica potrebbe sostituire i prodotti derivati dal petrolio. Ciò diversificherebbe le risorse energetiche, ridurrebbe le emissioni di gas a effetto serra e rafforzerebbe i settori locali, come la silvicoltura e l’agricoltura. «Aziende di tutto il mondo, come AnelloTech e BioBTX, stanno già tentando di commercializzare la pirolisi catalitica. Un catalizzatore più attivo e selettivo potrebbe ridurre i costi operativi della pirolisi catalitica della biomassa, rendendola più competitiva e quindi più attraente dal punto di vista commerciale, dandole la spinta di cui ha bisogno!», afferma Stefanidis. Per portare il loro lavoro al livello successivo, il team ECOCAT sta cercando finanziamenti per testare i catalizzatori mesoporosi in unità sperimentali più grandi per risultati più rappresentativi su scala commerciale.

Parole chiave

ECOCAT, biomassa, catalizzatore, biocarburanti, zeoliti, pirolisi catalitica, additivi, solventi, plastica, prodotti farmaceutici, carburante

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