Studio della reattività degli acidi grassi nella liquefazione idrotermale in sistemi multi-componente = Study of the reactivity of fatty acids in hydrothermal liquefaction in multi-component systems

La ricerca di fonti alternative di combustibili rinnovabili e sostenibili si è intensificata negli ultimi decenni a causa delle preoccupazioni riguardanti l’esaurimento dei combustibili fossili ed il degrado ambientale causato dal loro intenso sfruttamento. La biomassa, intesa come materia organica in generale, è tra le più abbondanti fonti di energia rinnovabile e allo stesso tempo la meno sfruttata. Tuttavia, esistono già varie tecnologie per la sua valorizzazione, tra cui principalmente la pirolisi, la gassificazione, i processi idrotermali (HTG, HTL, HTC) ed i processi biochimici (digestione anaerobica, fermentazione ecc.). Tra queste, grande interesse è stato attratto dalla liquefazione idrotermale (HTL) della biomassa, la quale sembra essere la tecnologia più promettente per produrre combustibili in modo efficiente. In particolare, il trattamento è molto interessante per convertire la biomassa umida (ad es. microalghe, fanghi di depurazione ecc.) sfruttando le proprietà dell’acqua in condizioni subcritiche in un intervallo di temperatura che varia da 250-374 °C e pressione compresa tra 40-220 bar, senza dover ricorrere agli energeticamente dispendiosi pre-trattamenti di essiccazione. Durante il processo la biomassa viene degradata in componenti più piccoli che si riarrangiano per formare i prodotti, ovvero bio-crude, bio-gas e bio-char. La varietà e la complessità nella composizione del feedstock da trattare (carboidrati, lignina, proteine e lipidi) determinano la qualità e la quantità dei prodotti. In questo lavoro di Tesi, si è andati ad indagare i potenziali effetti di interazione che le principali macromolecole esibiscono durante la co-liquefazione idrotermale, utilizzando dei composti modello quali glucosio, glicina e acido oleico come reagenti per rappresentare rispettivamente la classe dei carboidrati, delle proteine e dei lipidi. È stata data particolare attenzione all’influenza dell’acido oleico sugli altri due reagenti durante la co-liquefazione per capire meglio in che modo i lipidi (macromolecole molto simili agli idrocarburi) si comportassero durante il processo insieme alle altre classi di composti e si sono ipotizzati dei possibili meccanismi di reazione. Sono state svolte prove mono-componente, con miscele binarie e con miscele ternarie dei reagenti in modalità batch in un reattore miscelato per temperature pari a 200, 250, 300, 350 °C ed 1 ora di reazione. Per ogni prova sono state separate e analizzate la fase acquosa, la fase oleosa, la fase gas ed il residuo solido. È stato quindi possibile valutare gli effetti di sinergia/antagonismo verso le varie fasi prodotte. In particolare, si è evidenziata una modesta sinergia verso la produzione di bio-crude nelle prove con glucosio-acido oleico a tutte le temperature; per le prove con glicina-acido oleico non sono stati osservati effetti di interazione verso la quantità di prodotti bensì sulla composizione, infatti sono state rilevate ammine e ammidi dell’acido oleico tra i componenti del bio-crude. Infine, per le prove tri-componente non è stata evidenziata alcuna ulteriore influenza dell’acido oleico rispetto all’interazione fra gli altri due reagenti.