Desolforazione catalitica di un drop-in fuel ottenuto da trattamento pirolitico di copertoni a fine vita = Catalytic desulfurization of drop-in fuels from pyrolytic treatment of waste tires

Oggigiorno lo smaltimento dei copertoni rappresenta un problema per la società. Lo scopo del lavoro è stato perciò dimostrare come sia possibile trasformare un rifiuto in un combustibile alternativo ("drop-in fuel"). La pirolisi del copertone permette infatti di ottenere 3 frazioni le quali presentano interessanti proprietà per applicazioni commerciali. La frazione gassosa può essere valorizzata per scopi energetici. La frazione liquida è invece costituita da una miscela di idrocarburi le cui proprietà fisico-chimiche lo rendono interscambiabile con un olio combustibile. Tuttavia, il tenore di zolfo elevato (0,71 % in peso) non ne consente il libero utilizzo come olio combustibile secondo la Direttiva (UE) 2016/802. Per ovviare al problema, sono state vagliate diverse tecniche di desolforazione. Considerando la spinta desolforazione richiesta e l'elevato contenuto di composti solforati refrattari, la tecnica più adatta è l'ossidazione. Questa tecnica ossida i composti solforati in sulfoni i quali sono caratterizzati da una più spiccata solubilità verso solventi polari. L'ossidazione avviene attraverso un sistema catalitico bifasico nella quale fase acquosa è presente l'agente ossidante (H2O2) decomposto attraverso reazione quasi-Fenton. Il Fe (III) della specie catalitica è generato da passivazione delle nanoparticelle di Fe depositate attraverso processo carbotermico. La scelta del substrato del catalizzatore punta a ridurre l'impatto ambientale. Per tale ragione, sono stati adoperati materiali pirolitici da caffè esausto, Tetrapak e la frazione solida generata dalla stessa pirolisi del copertone. I materiali pirolitici sono stati caratterizzati prima e dopo processo carbotermico e a fine del terzo ciclo di desolforazione. La caratterizzazione ha confermato la formazione di nanoparticelle di Fe di configurazione geometrica semisferica la cui corona esterna è costituita da ossidi di Fe. L'eccentricità della superficie catalitica ha causato uno stress del reticolo cristallino dell'ossido di Fe e una particolare distribuzione elettronica che ha permesso di ottenere un sistema altamente reattivo. I risultati ICP hanno confermato la reattività del sistema il quale ha ottenuto efficienze tra il 35% e il 60% a diverse condizioni operative. In particolare, è stato evidenziato che sistemi costituiti da agglomerati nanometrici interferiscono minormente con il trasferimento di fase del sistema, come nel caso della frazione solida di copertone. Il processo carbotermico ha inoltre prodotto nanoparticelle ben ancorate sulla superficie del materiale pirolitico nel caso del caffè esausto e del copertone. Tale ancoraggio è ridotto per il catalizzatore ottenuto da Tetrapak poiché composto da un minor contenuto di C e più elevato di Al causando così fenomeni di leaching e nucleazione a particelle più grandi. L'Al, tuttavia, contribuisce attivamente al sistema catalitico fungendo da co-catalizzatore del meccanismo di reazione Fenton. Malgrado ciò, tutti i sistemi i sistemi catalitici proposti hanno confermato una buona affidabilità nel trattare matrici complesse con elevati tenori di zolfo e possono essere perciò ritenuti interessanti per una futura applicazione industriale.