Produzione elettrochimica di acido 2,5-furandicarbossilico = Electrochemical production of 2,5-furandicarboxylic acid

La conversione di biomassa in prodotti ad alto valore aggiunto e il suo accoppiamento con l’industria elettrochimica rappresentano una valida alternativa sostenibile all’utilizzo dei tradizionali processi dell’industria petrolchimica. Lo scopo del presente progetto di Tesi è quello di approfondire il processo elettrochimico di produzione di acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA) a partire da biomassa lignocellulosica, la quale fornisce 5-idrossimetilfurfurale (HMF) come intermedio di reazione. L’interesse per la molecola di FDCA deriva dalle sue potenzialità come building-block per la produzione di polietilenfuranoato (PEF), alternativa sostenibile al polietilentereftalato (PET) con migliori proprietà termiche, meccaniche e di gas barrier. Nella prima parte del progetto è stato effettuato lo scale-up del processo relativo all’impianto pilota realizzato dall’azienda olandese TNO per la produzione di 30 g/h di FDCA. Si tratta di un processo continuo caratterizzato dall’ossidazione di HMF in FDCA, catalizzata da Ni/NiOOH, e dal suo recupero mediante cristallizzazione per acidificazione in due step e successiva filtrazione. La produttività impostata è di 10.000 ton/y di FDCA, con una resa globale del processo pari al 70% e un’efficienza di separazione del 95%. Dall’analisi tecno-economica è stato valutato un minimum selling price (MSP) di FDCA di circa 3,67 €/kg che, dal confronto con il prezzo di mercato dell’acido tereftalico, si è rivelato troppo elevato per poter realizzare il processo su scala industriale. Le criticità che hanno contribuito ad incrementare il prezzo di FDCA sono molteplici: l’elevato costo di produzione di HMF, l’impiego di grandi quantità di sostanze acide e basiche, la bassa resa del processo. Nella seconda parte del progetto di Tesi è stata valutata l’attività di elettro-catalizzatori a base di metalli non nobili alternativi a Ni/NiOOH, in particolare ossidi a base di Ni-Co con struttura a spinello. Il cobalto, se opportunamente accoppiato con il nichel, ha dimostrato un effetto sinergico decisamente benefico, abbassando il potenziale di onset e migliorando il trasferimento di cariche. Le prove di voltammetria ciclica hanno confermato le potenzialità del campione di NiCo2O4, in particolare quello calcinato a velocità di riscaldamento più bassa (1°C/min), che presenta sia superficie specifica che volume dei pori maggiori, favorendo la diffusione delle specie elettrolitiche. Per poter avere ulteriori conferme sulle performances di NiCo2O4 bisognerebbe condurre studi sperimentali su celle elettrochimiche più grandi, in modo da ottenere un’analisi non solo qualitativa ma anche quantitativa dei prodotti di reazione e, in questo modo, determinare le rese del processo.