Aqueous Phase Reforming di acque derivanti da Carbonizzazione Idrotermale di biomasse di scarto = Aqueous Phase Reforming of waters derived from Hydrothermal Carbonization of waste biomass

Le biomasse di scarto rappresentano un’alternativa potenzialmente sostenibile alla produzione di energia e combustibili, tramite processi termochimici. Tra quest’ultimi, la carbonizzazione idrotermale (HTC) permette di ottenere una fase solida (hydrochar), ricca in carbonio, una fase gassosa, principalmente CO2, ed un sottoprodotto liquido acquoso, abbondante in componenti organiche. Il presente lavoro si propone di studiare il trattamento di tale fase acquosa, prodotta da HTC di fanghi di depurazione e di microalghe, tramite Aqueous Phase Reforming (APR), al fine di convertire i composti organici in H2, CO2 ed alcani. Una parte iniziale della ricerca è stata dedicata alla caratterizzazione di queste acque, seguendo ricerche precedenti, per identificare i componenti principali e creare miscele sintetiche utili a simulare il comportamento delle sostanze presenti nelle fasi acquose reali. I test preliminari su APR sono stati effettuati utilizzando componenti sintetici, quali acido glicolico ed acido acetico all’1%wt., a 270 °C per un’ora, confrontando l’azione di due catalizzatori, 5% Pt/Al2O3 e 5% Ru/Al2O3. I risultati hanno mostrato come il Ru sia più efficace nell’attivare l'acido acetico, con conversioni del 40,6% e rese di H2 del 10,5%. Per l'acido glicolico, entrambe le reazioni hanno avuto conversioni simili, circa del 78%, e rese di H2 elevate (38,6% per Pt e 40,3% per Ru). Per quest’ultimo componente è stata valutata l’influenza, sulle prestazioni di APR, dell’aggiunta di NaCl in quantità pari all’0,1%wt. con Pt e 0,2%wt. con Ru, e di un composto azotato, quale glicina in quantità equimolare al glicolico. Questi additivi hanno comportato riduzioni nelle prestazioni di tale reazione: la conversione di acido glicolico ha raggiunto circa il 50% nei test con Pt, ed il 34% con Ru. In una seconda fase del lavoro, sono state sottoposte alla reazione di APR, le acque derivanti da HTC di fanghi di depurazione e microalghe, individuando in quest’ultima l’alimentazione che ha consentito prestazioni maggiormente promettenti, ottenendo 14,2 mmol H2/mol Cfeed. Per tal motivo, sono state effettuate delle prove di APR della soluzione da microalghe, catalizzate da Ru, a temperature e tempi di reazione diversi (230, 270 °C e 1,3,6 h rispettivamente), o con aggiunta di un adsorbente, quale carbone attivo, o con pretrattamenti termici. In particolare solo quest’ultima condizione, seguita da una reazione con tempo pari a 3 h, ha permesso di ottenere prestazioni maggiori, raggiungendo un valore di produttività ad H2 pari a 58,7 mmol H2/mol Cfeed, ed una di metano di 7,88 mmol CH4/mol Cfeed. I preriscaldamenti, difatti hanno ridotto la produzione di un solido, che, depositandosi sul catalizzatore durante la fase di reazione, ne provoca la disattivazione. Questo fenomeno è stato studiato tramite una reazione APR di 1%wt. di acido glicolico, con il Ru recuperato dalle prove precedentemente effettuate. I valori di conversione del composto e di resa ad idrogeno sono stati pari a circa 1-2%, segno della completa disattivazione della componente catalitica; fa eccezione il Ru, recuperato dalla reazione APR di fase acquosa da HTC di microalghe, preceduta dai riscaldamenti, che ha portato ad una conversione del glicolico del 19%.