Ottimizzazione dell’aqueous phase reforming di glicerolo e dei reflui dell’HTL tramite applicazione della response surface methodology = Optimization of aqueous phase reforming of glycerol and HTL-wastewater by application of the response surface methodology

La popolazione mondiale è in continua crescita, così come i rifiuti che vengono prodotti e l’energia richiesta per soddisfare il fabbisogno del singolo. I reflui non possono essere riversati nell’ambiente senza alcun tipo di trattamento, mentre, per quanto riguarda l’origine dell’energia, considerando che le risorse fossili si stanno esaurendo, si rende necessaria la ricerca di altre fonti. Una valida alternativa è rappresentata dalle biomasse ed i loro processi di trasformazione, come per esempio liquefazione idrotermale (HTL) e transesterificazione. L’HTL può essere sfruttata con una biomassa lignocellulosica, generando un intermedio energetico chiamato biocrude ed una fase acquosa contenente composti ossigenati. La transesterificazione è invece la reazione alla base del processo di produzione del biodiesel, il cui sottoprodotto principale è il glicerolo. In tale lavoro, è stata studiata la reazione di aqueous phase reforming (APR) applicata alla fase acquosa derivante dall’HTL della lignina e al glicerolo. Nel primo caso si è lavorato con una miscela sintetica costituita dai composti principali presenti nella fase acquosa (acido glicolico, acido lattico, acido acetico, glicerolo e metanolo). In entrambi i casi gli scarti prodotti vengono valorizzati producendo idrogeno, che può essere sfruttato in altri processi o come intermedio energetico. La reazione è stata condotta in un reattore continuo tubolare, utilizzando platino su carbone attivo come catalizzatore. È stata applicata la response surface methodology (RSM) per studiare l’influenza che temperatura, portata e concentrazione hanno sulla resa in idrogeno e sulla conversione di carbonio a gas, sfruttando il design sperimentale di Box-Behnken. In questo modo è stato possibile studiare l’interazione tra le variabili ed ottimizzare la risposta del sistema. La scelta del modello si è basata sull’analisi della varianza (ANOVA). Con la miscela sintetica si è ottenuto un modello del primo ordine sia per la resa in idrogeno che per la conversione di carbonio a gas. Con il glicerolo si è ottenuto invece un modello del secondo ordine per la resa in idrogeno ed uno del primo per la conversione di carbonio a gas. Per entrambe le alimentazioni la temperatura si è rivelata la variabile più influente sui parametri di interesse, così come sulla conversione dei composti, senza danneggiare in modo sostanziale la selettività del processo. La portata è sempre risultata statisticamente significativa, a differenza della concentrazione che ha rivestito un ruolo minore sull’analisi della variabilità del sistema. Per la miscela sintetica, i composti con la conversione maggiore sono stati acido glicolico, glicerolo e metanolo. I modelli sono stati convalidati tramite ulteriori tre prove per ciascuna alimentazione, ovvero due in punti intermedi dello spazio ed una nel punto di ottimo. In entrambi i casi, i risultati ottenuti ricadono negli intervalli previsti dai modelli. Per la miscela, il punto che massimizza la resa in idrogeno e la conversione di carbonio a gas corrisponde a 270 °C, 0.5 mL/min e 12 g/L, mentre per il glicerolo si trova a 270 °C, 0.5 mL/min e 20 g/L.