Valorizzazione acque di scarto tramite idrogenazione di acidi carbossilici ad alcoli = Wastewater valorisation through hydrogenation of carboxylic acids to alcohols

In un periodo storico in cui l’inquinamento e il riscaldamento globale sono sempre più rilevanti è importante arrivare ad un modello energetico sostenibile e circolare. Un ruolo fondamentale è occupato, oltre che dalle risorse rinnovabili come il solare e l’eolico, dal riutilizzo delle biomasse e degli scarti industriali. Nello specifico questo lavoro si pone l’obiettivo di analizzare la reazione di idrogenazione degli acidi carbossilici ad alcoli allo scopo di trasformare delle acque di scarto in bioetanolo. Il bioetanolo è considerato un combustibile rinnovabile e riduce le emissioni di monossido di carbonio dato il suo alto contenuto di ossigeno. La reazione è avvenuta utilizzando come reagente una soluzione acquosa di acido acetico (o acido propionico per le prove sul pH) mediate l’utilizzo di un reattore Parr da 300 ml con miscelazione e camicia di riscaldamento esterna e di catalizzatore 5% Ru/C. Le analisi su reagenti e prodotti sono state svolte tramite HPLC (High Performance Liquid Chromatography) e μGC (Micro Gas Chromatography). Le prove svolte hanno lo scopo di valutare i principali parametri della reazione quali tempo di permanenza, temperatura, pressione, influenza dei prodotti e pH. La reazione è stata svolta variando il tempo tra 0, 1, 2, 3 e 4 ore, la temperatura a 180 e 220° C e la pressione a 0, 15 e 45 Bar di idrogeno. Questa è risultata fortemente dipendente da tutti i parametri in particolare la conversione dell’acido acetico è favorita da alti tempi di permanenza e alte temperature, al contrario la selettività ad etanolo aumenta per bassi tempi e basse temperature. Questa contrapposizione rende difficile arrivare a rese molto elevate che sommando gli effetti precedenti sono maggiormente favorite da tempi brevi e basse temperature. La scarsa selettività ad etanolo favorisce la produzione degli altri prodotti in particolare metano ed etano, oltre all’anidride carbonica. Le alte pressioni di idrogeno nel reattore favoriscono sia la conversione dell’acido che la selettività ad etanolo. La presenza di una atmosfera di idrogeno è risultata fondamentale per l’esito della reazione. Per valutare la dipendenza dal prodotto (etanolo) è stata analizzata prima il comportamento del solo alcol e poi della reazione di acido acetico con aggiunta di varie concentrazioni di etanolo come reagente. È risultato che l’etanolo reagisce completamente già dopo 0 ore per tutte le prove con atmosfera di idrogeno (15 e 45 Bar). Le prove con acido acetico ed etanolo come reagenti hanno portato alla conclusione che l’alcol non ha influenza sul processo e i risultati portano all’ipotesi che l’etanolo utilizzato come reagente reagisca completamente al tempo 0. Infine, sono stati utilizzati sia acido acetico che acido propionico per valutare l’effetto del pH a 180° C e 45 Bar. Alla soluzione di partenza è stato aggiunto un acido (H2SO4) o una base (NaOH) per far variare il pH tra 1 e 5,8. L’idrogenazione è risultata favorita con entrambi i reagenti con una soluzione acida (pH=1) che ha avuto un effetto positivo sulla selettività dell’alcol (etanolo o propanolo) e sulla resa della reazione nonostante sia diminuita la conversione.