Aqueous phase reforming di acque da processi idrotermali = Aqueous phase reforming of hydrothermal process waters

La crescente necessità di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e promuovere un modello energetico sostenibile ha indirizzato la ricerca verso tecnologie innovative per la valorizzazione delle biomasse. In questo contesto, i processi idrotermali, come la carbonizzazione (HTC) e la liquefazione idrotermale (HTL), offrono soluzioni promettenti per la conversione di biomasse umide. Tuttavia, generano una fase acquosa ricca di composti organici disciolti, la cui gestione rappresenta una sfida ambientale ma anche un’opportunità di recupero energetico. Il presente lavoro di tesi è dedicato allo studio e alla valorizzazione delle fasi acquose generate da HTC di biomasse microalgali e da HTL di fanghi di depurazione e della frazione organica del rifiuto solido urbano (FORSU), mediante il processo di Aqueous Phase Reforming (APR). Questo processo catalitico consente la conversione dei composti organici in idrogeno (H2), anidride carbonica (CO2) e idrocarburi leggeri, generando energia a basse emissioni. Le prove sperimentali sono state condotte in un reattore batch Parr 4560 series mini bench top equipaggiato con controllore Parr 4848, utilizzando come catalizzatore 5% Ru/Al2O3. Le fasi acquose sono state preliminarmente caratterizzate al fine di identificare e quantificare i composti organici disciolti. Successivamente sono stati valutati i parametri operativi – temperatura, tempo di reazione e grado di diluizione del feed – per individuare le condizioni ottimali del processo. I risultati hanno evidenziato come l’incremento della temperatura da 230 °C a 270 °C e l’aumento della diluizione del feed determinino un miglioramento della conversione del carbonio organico e della selettività verso l’idrogeno. Per la fase acquosa da HTC, la produttività di H2 è aumentata da 3 fino a 14 mmol H2/gC, mentre il parametro carbon to gas dal 6 al 25 %. Per i campioni derivanti da HTL, l’aumento del tempo di reazione da 1 a 3 ore e la maggiore diluizione hanno portato a produttività maggiori e conversioni dei composti ossigenati superiori al 30%. Sono stati analizzati i fenomeni di disattivazione del catalizzatore tramite prove di riutilizzo con acido glicolico per identificare le possibili cause , quali sintering e deposito di residui carboniosi, e individuare strategie di mitigazione, come pretrattamenti termici del feed. Il pretrattamento a 270 °C per 1 h ha favorito la decomposizione dei composti responsabili della formazione di solidi nella successiva fase di APR, migliorando la composizione del gas prodotto: la frazione di H2 è passata dal 16 % al 43 % e la CO2 si è ridotta dall’81 % al 42 % alla diluizione 1:3, mentre alla diluizione 1:18 l’H2 è aumentato dal 41 % al 47 % e la CO2 è diminuita dal 45 % al 35 %. I risultati suggeriscono che l’APR costituisce una via efficace per la valorizzazione energetica delle fasi acquose dei processi idrotermali, favorendo il recupero di idrogeno in un contesto sostenibile.