Sviluppo del processo di APR applicato ad acque di scarto = Development of APR process applied to waste waters

Negli ultimi decenni l’incremento della richiesta di energia a livello mondiale ha determinato uno sfruttamento intensivo delle fonti fossili che risulta problematico sia per il loro probabile esaurimento entro la fine di questo secolo, sia per il loro forte impatto ambientale (aumento della concentrazione di CO2 e cambiamenti climatici). Il settore dei trasporti è quello che conta maggiormente sulle fonti fossili, per questo motivo si stanno sviluppando diversi processi di produzione di biocombustibili. Tra questi emerge la liquefazione idrotermica (HTL) di biomasse lignocellulosiche che genera un biocombustibile, definito biocrude. Per poter essere utilizzato nei motori convenzionali deve essere sottoposto a trattamenti di hydrotreating e cracking catalitico, con elevato consumo di idrogeno; quest’ultimo, però, viene generalmente prodotto da processi industriali non sostenibili. Un’alternativa è data dalla possibilità di integrare l’HTL con la reazione di aqueous phase reforming (APR) che sfrutta la corrente acquosa generata dalla liquefazione idrotermica per produrre l’idrogeno necessario per l’upgrading del biocrude. Infatti, tale corrente è costituita principalmente da composti organici con un contenuto di carbonio che varia dal 28 al 45% di quello presente nella biomassa. Inoltre, l’APR lavora a temperature moderate (270°C) ed alta pressione (60 bar) e non richiede la generazione di vapore, per cui presenta consumi energetici ridotti. Una delle problematiche che ostacola lo sviluppo di questo processo su scala industriale è la presenza di composti indesiderati nella corrente acquosa prodotta da HTL, come gli inorganici (solfati, sali) e sostanze ad alto peso molecolare (fenoli derivanti da lignina) che possono interagire con il catalizzatore disattivandolo. Poiché uno dei metalli più attivi nell’ambito dell’APR è il platino, particolare attenzione è stata prestata agli ioni solfato che agiscono come veleni chemisorbendosi irreversibilmente sulla sua superficie. Gli oligomeri aromatici invece tendono a depositarsi sul supporto, in particolare ai carboni attivi, bloccandone i pori e riducendo il numero di siti attivi disponibili. Il lavoro di tesi ha analizzato l’effetto di questi composti sulle prestazioni dell’APR sia di miscele sintetiche (acido glicolico, acido lattico, acido acetico, glicerolo e metanolo) che di acque RE-CORD provenienti da un impianto pilota di HTL della lignina. Sono stati esaminati vari pretrattamenti a cui sottoporre l’alimentazione per rimuovere gli ioni solfato e particolare attenzione è stata rivolta ai processi di adsorbimento su resine a scambio ionico e carboni attivi. Sono stati testati diversi supporti catalitici (carboni attivi, gamma allumina e alfa allumina) al fine di valutarne la sensibilità verso la disattivazione da parte dei composti fenolici: la gamma allumina ha condotto alla massima produzione di idrogeno con la minore disattivazione del catalizzatore. In ultimo, è stata studiata la cinetica di adsorbimento dei composti organici della miscela sintetica e dei solfati in una colonna a letto fisso di amberlite IRA 67, che si è rivelata essere (nei test in batch) il miglior materiale per rimuovere gli ioni solfato. Questa analisi è fondamentale per il dimensionamento di una colonna di adsorbimento per il pretrattamento delle acque di scarto su scala industriale. In conclusione lo studio ha consentito di comprendere il ruolo dei contaminanti nel meccanismo di disattivazione e implementare diverse strategie per la sua mitigazione.