Valorizzazione della lignina: depolimerizzazione riduttiva catalizzata da zeolite per la produzione di bio-oil = Lignin valorization: reductive depolymerization catalyzed by zeolite for bio-oil production

Oggigiorno, la maggior parte dell’energia mondiale utilizzata proviene da combustibili fossili, i quali non permettono alle tecnologie che li sfruttano di rispettare i principi della sostenibilità. A tal proposito, negli ultimi anni le risorse rinnovabili rappresentano l’elemento portante della transizione energetica. Attualmente, al fine di attenuare tali problematiche, si sta indagando sulle tecnologie e sulle risorse tramite le quali sarà possibile affrontare tali difficoltà, una delle quali è la trasformazione della biomassa in combustibili e sostanze chimiche. I tre principali costituenti che compongono la biomassa sono: cellulosa, emicellulosa e lignina; quest’ultima costituisce il 15-25% della biomassa lignocellulosica ed è la seconda fonte più rinnovabile in natura. Viste le importanti operazioni di bio-raffinazione per convertire la biomassa cellulosica in etanolo e altri combustibili liquidi, i ricercatori stanno esplorando come trasformare la lignina, fonte di composti aromatici, in prodotti più preziosi. Dalla lignina, attraverso delle tecnologie termochimiche, è possibile produrre prodotti di alto valore, quali per esempio: fibra di carbonio a basso costo, tecnopolimeri ed elastomeri termoplastici, schiume e membrane polimeriche e una varietà di combustibili e sostanze chimiche attualmente provenienti dal petrolio. Una delle strategie per la valorizzazione della lignina consiste nella reazione di depolimerizzazione riduttiva, ossia nella rottura dei legami che ne compongono la struttura, con lo scopo di ottenere le corrispondenti unità monomeriche. In tale reazione un ruolo importante è svolto dall’idrogeno che può essere fornito sia sotto forma di gas o per mezzo di solventi donatori di H+, quali per esempio etanolo o 2-propanolo. La presenza di idrogeno favorisce la rottura sia dei legami eteri (β-O-4 e α-O-4) che dei gruppi ossidrili delle catene laterali ed inoltre previene la formazione di nuovi legami C-C. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è lo studio della reazione di depolimerizzazione riduttiva della lignina catalizzata da zeolite. Le prove sono state condotte all’interno di un reattore batch agitato a diverse condizioni operative, quali temperatura, pressione e tempi di reazione. Completata la reazione, è stato eseguito un processo di work-up durante il quale sono stati separati i sottoprodotti solidi (char e lignina) dai prodotti liquidi (bio-olio) il cui contenuto è stato analizzato attraverso gascromatografia di massa (GC-MS). Successivamente, sono state condotte delle analisi attraverso la bomba calorimetrica al fine di misurare il potere calorifico della lignina Kraft (19193,5 kJ/kg), del bio-olio post reazione (27293 kJ/kg) e quello del bio-olio post upgrade (43315,9 kJ/kg). Infine, tramite tecniche analitiche quali FTIR e TGA, sono stati analizzati diversi composti solidi quali, lignine, char e catalizzatori.