Liquefazione idrotermale di scarti alimentari: effetto della velocità di riscaldamento = Hydrothermal liquefaction of food waste: effect of heating rate

In età moderna, a causa del progressivo esaurimento dei combustibili fossili e del riscaldamento globale sempre più marcato, l’utilizzo di materie prime rinnovabili, come le biomasse, ha assunto un ruolo di primaria importanza per lo sviluppo di processi sostenibili e rispettosi verso l’ambiente. La biomassa, infatti, è una tra le fonti di energia rinnovabili più abbondanti sul nostro pianeta ma al tempo stesso è anche una delle meno sfruttate, soprattutto a causa dell’elevato costo energetico ed economico richiesto dai suoi processi di pretrattamento. Tra i vari processi di valorizzazione energetica delle biomasse, la liquefazione idrotermale, nota anche come HTL, ha attirato una grande attenzione da parte del mondo della ricerca. La possibilità di poter trattare ogni tipologia di biomassa con un qualsiasi contenuto di umidità, permettendo l’eliminazione di energivori e costosi processi di essicamento, rende l’HTL un’ottima alternativa agli attuali processi di conversione delle materie prime fossili. L’HTL utilizza l’acqua subcritica come reagente e solvente di reazione in un range operativo compreso tra i 280-370°C e 10-25 MPa. In queste condizioni si assiste ad un abbassamento della viscosità e della costante dielettrica dell’acqua con conseguente aumento della solubilità delle sostanze organiche nell’ambiente di reazione. Durante la liquefazione idrotermale, le molecole costituenti la biomassa vengono degradate in altri composti più piccoli che, a seguito di complicati meccanismi di reazione, tendono a formare le molecole che costituiranno le fasi prodotte dalla reazione: bio-olio, gas, solido (char) ed una fase acquosa. Tuttavia, le rese di fase e la loro composizione chimica sono fortemente influenzate dalla tipologia e dalla composizione della biomassa utilizzata come reagente e dai principali parametri operativi (temperatura, pressione, tempo di permanenza, velocità di riscaldamento etc.). Di conseguenza, un’opportuna scelta di questi parametri è fondamentale per una corretta ottimizzazione del processo. In questo lavoro di Tesi si è indagato l’effetto della velocità di riscaldamento sul processo di HTL, focalizzandosi principalmente su come tale variabile possa influenzare le rese delle fasi prodotte dalla reazione e la composizione chimica ed elementare delle suddette. Si sono utilizzate diverse tipologie di reagenti partendo dapprima dai costituenti singoli della biomassa di scarto, utilizzati come composti modello: la cellulosa a rappresentanza dei carboidrati, l’albumina delle proteine e la trioleina dei trigliceridi. In seguito è stato studiato l’effetto dell’HTL anche su una biomassa di scarto reale, ovvero gli scarti alimentari della mensa dell’ateneo universitario. Tutte le reazioni sono state condotte mantenendo il tempo di permanenza fisso a 0 e 30 minuti e ad una temperatura finale di 325°C, mentre sono state considerate quattro diverse velocità di riscaldamento: lenta (5,2K/min), intermedia (29 K/min), veloce (77 K/min) e molto veloce (115 K/min). Al termine delle reazioni, tutte le fasi prodotte sono state opportunamente separate mediante l’utilizzo di solventi, campionate ed analizzate. Per ogni prova svolta sono state infine calcolate le rese massiche delle fasi prodotte, la loro composizione chimica ed elementare, il pH e la concentrazione di ammoniaca presente nella fase acquosa.