Studio dell’adsorbimento competitivo di acidi organici nel reforming in fase acquosa per la produzione di idrogeno = Study of competitive adsorption of organic acids in the aqueous phase reforming for the production of hydrogen

Il processo di liquefazione idrotermale (HTL) è uno dei più studiati per produrre biocombustibili per far fronte ai crescenti problemi ambientali legati al consumo degli idrocarburi fossili. Tuttavia, l’HTL produce, oltre al bio-olio grezzo che rappresenta il prodotto di interesse, anche una fase acquosa che deve essere valorizzata, a causa della presenza di composti organici che rendono impossibile il rilascio della stessa tal quale nell’ambiente. In questo lavoro, tale acqua di scarto è stata ulteriormente convertita per produrre principalmente H2 tramite aqueous phase reforming (APR). Questo lavoro si propone come obiettivo di analizzare il comportamento durante APR di alcuni composti ossigenati tipicamente presenti nella fase acquosa derivante da liquefazione idrotermale di biomassa lignocellulosica e, in particolare possibile competizione per l’adsorbimento dei reagenti sui siti attivi del catalizzatore. Infatti, la letteratura scientifica disponibile tipicamente si concentra su soluzioni di un singolo composto, mentre le acque di scarto reali hanno una composizione molto complessa, con differenti tipi di molecole. I composti scelti sono gli acidi acetico e propionico (acidi carbossilici) e glicolico (idrossiacido), mentre sono stati confrontati tre catalizzatori commerciali: 5% Pt/Al2O3, 5% Pd/Al2O3 e 5% Pt/C. Dopo aver escluso eventuali limitazioni dovute al mass transfer, si sono effettuati confronti tra metalli attivi e supporti: il platino ha mostrato attività molto superiore rispetto al palladio pur con minor selettività ad idrogeno, mentre l’allumina, pur essendo meno stabile in condizioni di reforming rispetto al carbone attivo, ha consentito di raggiungere rese ad idrogeno superiori. Con tutti i catalizzatori studiati, l’acido acetico ha mostrato conversioni molto inferiori rispetto all’acido glicolico e quando messi in miscela non si è consumato ma prodotto (come prodotto secondario dell’APR del glicolico), mostrando segni di adsorbimento competitivo; l’acido propionico ha reagito in maniera simile all’acido acetico e quando posti insieme in miscela l’effetto dell’adsorbimento competitivo è stato meno evidente, con l’acido acetico che riesce a convertirsi anche quando l’acido propionico è ancora presente in soluzione. Infine, si è cercata una espressione cinetica che bene si adattasse ai dati ricavati: inizialmente un semplice modello del primo ordine è stato testato, tuttavia esso contrastava con i risultati ottenuti. È stata in seguito ipotizzata una cinetica che tenesse conto dell’adsorbimento dei reagenti sulla base dei modelli di Langmuir-Hinshelwood e stimato i valori delle costanti cinetica e di adsorbimento di acido glicolico e acetico; essi dimostrano come l’acido glicolico si adsorba e si converta in maniera molto più rapida rispetto all’acido acetico, confermando la riluttanza di quest’ultimo a reagire sotto condizioni di APR.