Un processo catalitico promettente per ottenere propano dal glicerolo
Il glicerolo è un composto organico, prodotto principalmente a partire da grassi e oli, spesso utilizzato nei prodotti per la salute e la bellezza. Più di recente, è stato promosso quale materia prima per carburanti liquidi e gassosi sostenibili. Il progetto HYDROGAS, sostenuto dalle azioni Marie Skłodowska-Curie, ha esplorato questo materiale in qualità di materia prima per produrre idrogeno gassoso e biopropano. Grazie all’assenza di emissioni di carbonio al momento del suo utilizzo, l’idrogeno è ampiamente considerato il carburante pulito più promettente del futuro. Il biopropano può sostituire i gas di petrolio liquefatti di origine fossile («gas da campo»), ma è interessante anche per i trasporti e per gli impianti di riscaldamento non collegati alla rete. «Il nostro approccio è stato quello di utilizzare parte del glicerolo stesso per produrre l’idrogeno gassoso necessario alla fabbricazione di biopropano, evitando la necessità di aggiungerlo da costose fonti esterne», spiega Jude Onwudili, ricercatore principale del progetto proveniente dal centro Energy and Bioproducts Research Institute presso la Aston University, nel Regno Unito, sede del progetto. Il primo obiettivo di HYDROGAS, ossia sviluppare un processo per generare idrogeno sufficiente a convertire il glicerolo in biopropano, è stato raggiunto con successo. Anche se il secondo, che prevedeva l’ottenimento di elevate rese di biopropano, non ha avuto lo stesso esito positivo, la squadra rimane convinta della sua fattibilità.
Una fonte alternativa di idrogeno
Il glicerolo è composto da tre atomi di carbonio ciascuno dei quali contiene un gruppo idrossile, ossia un atomo di ossigeno legato a un atomo di idrogeno. Poiché il propano è una molecola idrocarburica, composta solo da atomi di carbonio e idrogeno, per ottenerlo dal glicerolo è necessario rimuovere i suoi tre atomi di ossigeno. In genere si tratta di trovare un catalizzatore che utilizzi l’idrogeno gassoso per rimuovere in modo selettivo l’ossigeno presente nel glicerolo come acqua, lasciando molecole di propano. Tuttavia, l’idrogeno è costoso e proviene per lo più da combustibili fossili, che sono dannosi per l’ambiente. L’innovazione di HYDROGAS consiste nell’utilizzare parte del glicerolo stesso per produrre l’idrogeno necessario a trasformare il glicerolo in biopropano.
Un processo catalitico a due fasi
Poiché ciò richiede reazioni multiple con diversi catalizzatori, è stato sviluppato un processo a due fasi. Per ogni fase sono stati testati diversi catalizzatori eterogenei, cioè quelli che si trovano in uno stato diverso da quello dei reagenti, ad esempio utilizzando un catalizzatore solido in una reazione che coinvolge i liquidi. Per individuare i catalizzatori con l’attività più stabile in un reattore per lavorazione a lotti, si è effettuato il loro collaudo a temperature, tempi di reazione e concentrazioni di glicerolo diversi. I costosi metalli del gruppo del platino sono in genere i principali catalizzatori di interesse, ma HYDROGAS ha offerto la possibilità di testare alternative promettenti a basso costo, basate su metalli alcalini ed elementi di transizione della prima riga. «Una sfida centrale relativa alla fase acquosa della nostra reazione è che i catalizzatori possono disattivarsi rapidamente. Un risultato fondamentale è stato quello di trovare un catalizzatore più economico, altamente attivo e stabile, aumentando la quantità di biopropano che possiamo ottenere dal glicerolo a costi ridotti», spiega Carine Alves, ricercatrice presso l’Università Federale di Bahia, in Brasile. Per evitare la necessità di pretrattamenti costosi e lunghi per rimuovere le impurità e garantire la stabilità del glicerolo grezzo, il team ha utilizzato glicerolo puro.
Vantaggi per l’ambiente, l’occupazione e la sicurezza energetica
La produzione di idrogeno rinnovabile e di idrocarburi gassosi a basso contenuto di carbonio, come il biopropano, è una parte fondamentale del Green Deal europeo. Ad esempio, il biopropano potrebbe diventare un combustibile per i luoghi più remoti non collegati alla rete, unendosi al mix energetico più ampio e creando nuovi posti di lavoro. Il team sta attualmente ottimizzando catalizzatori più economici ed efficienti per ridurre il numero di reazioni necessarie a convertire il glicerolo in biopropano. «Stiamo inoltre lavorando per ottenere alte rese di biopropano dal “glicerolo grezzo”. Grazie a HYDROGAS abbiamo scoperto che le reazioni di secondo stadio possono funzionare in condizioni non idrotermali, per cui procederemo all’esplorazione di questa via alternativa», conclude Onwudili.
Parole chiave
IDROGAS, catalizzatore, glicerolo, propano, carbonio, idrogeno, materia prima
