Studio dell'aqueous phase reforming del glicerolo come strategia di valorizzazione degli scarti del biodiesel = Glycerol aqueous phase reforming: valorisation strategy for biodiesel waste

I problemi legati al cambiamento climatico hanno reso necessaria la ricerca di fonti energetiche alternative rispetto ai combustibili fossili come ad esempio i biocarburanti; questi sono ottenuti a partire da materie organiche come oli vegetali, costituiti da trigliceridi di varia natura, dai quali è possibile ottenere catene carboniose con caratteristiche simili a quelle di origine fossile. Uno dei processi maggiormente impiegati per la loro produzione è la transesterificazione che comporta la formazione di un principale sottoprodotto quale il glicerolo (circa 1 kg ogni 10 kg di combustibile). Nonostante l’ampia gamma di impieghi, la crescente domanda di biocarburanti ha fatto sì che il mercato del glicerolo si saturasse, facendo crollare i prezzi e spingendo dunque la ricerca a trovare nuove strade per la sua valorizzazione. Una delle alternative più promettenti è quella del reforming in fase acquosa (APR): il glicerolo reagisce con acqua in presenza di un catalizzatore producendo idrogeno e CO che viene a sua volta convertito in idrogeno e CO2 attraverso la reazione di water gas shift. La reazione di reforming viene condotta a temperature e pressioni relativamente basse (230°C e 30 bar circa) richiedendo consumi energetici minori rispetto al reforming in fase gassosa. L’idrogeno così prodotto può essere utilizzato sia come vettore energetico che come reagente all’interno della bioraffineria per eventuali trattamenti. Fino ad oggi, gli studi condotti sul APR del glicerolo si sono focalizzati principalmente sulle prestazioni dei catalizzatori utilizzando soluzioni poco concentrate (1-10 wt%); tuttavia, le soluzioni uscenti dalla bioraffineria hanno un contenuto di glicerolo variabile tra il 20 ed il 70 wt% che rende i suddetti studi lontani da possibili applicazioni industriali. Per tali ragioni, in questo lavoro è stata valutata l’influenza della concentrazione del glicerolo in un range che va dal 5 al 45 wt% sulle prestazioni della reazione di APR, oltre all’influenza di altri parametri come la temperatura o la quantità di catalizzatore impiegata. I test sono stati effettuati utilizzando soluzioni di glicerolo ed acqua distillata con catalizzatore commerciale 5% Pt/C all’interno di un reattore discontinuo dotato di agitatore e camicia riscaldante. I risultati ottenuti hanno mostrato che, a pari conversione del glicerolo, ad un aumento della concentrazione corrisponde una diminuzione della resa e della selettività ad idrogeno in favore di alcani e prodotti in fase liquida, principalmente glicole propilenico. L’effetto della temperatura è stato valutato passando da 230 a 240°C: dato che la reazione di reforming ha carattere endotermico, un aumento della temperatura è risultato benefico per conversione del glicerolo e resa in H2, diminuendo tuttavia la selettività, probabilmente a causa di un’inibizione della reazione di WGS che ha invece carattere esotermico. Eventuali limitazioni dovute al trasferimento di massa interno ed esterno sono state scongiurate utilizzando i criteri di Weisz-Prater e di Mears rispettivamente con esito positivo. Infine è stato proposto uno studio del meccanismo di reazione, considerando le due reazioni principali ovvero APR e idrogenolisi del glicerolo, al fine di spiegare la distribuzione dei prodotti ottenuta sperimentalmente; I parametri cinetici sono stati ricavati attraverso un algoritmo che minimizzasse lo scarto tra il modello e i dati ottenuti.