Nature Energy, pubblicato studio su processo per produrre diesel da biomasse

Nei primi anni '80, il biologo statunitense Eugene F. Stoermer coniò il termine Antropocene per definire l’attuale era geologica in cui l’uomo (anthropos, in greco) e l’impatto delle sue attività sul clima e sul territorio sono causa dei cambiamenti in atto a livello planetario. A distanza di quasi 30 anni, tale definizione è quanto mai attuale: il progressivo surriscaldamento globale, l’estremizzazione dei fenomeni metereologici, l’inquinamento atmosferico, l’accumulo di gas serra nell’atmosfera sono tutti eventi indotti dalle attività umane e, nello specifico, anche dall’utilizzo prolungato dei combustibili fossili. La loro progressiva sostituzione con fonti energetiche più sostenibili è l’unica strada percorribile per cercare di contrastare una tendenza che, al momento, sembra essere ineluttabile.

La scienza può offrire eccellenti, seppur ancora parziali, vie di soluzione ai problemi energetici che stiamo affrontando. Se i veicoli per trasporto su strada sono destinati ad essere progressivamente sostituiti da quelli alimentati grazie a vettori energetici sostenibili (elettrici o ad idrogeno), per quanto riguarda il trasporto aereo, invece, tale transizione è molto più complessa.

Il settore dei trasporti aerei, infatti, presenta ancora sfide aperte di tipo scientifico e tecnologico. Mentre a noi tutti è naturale pensare ad un auto elettrica, difficile è immaginare oggi un gigantesco Airbus o Boeing alimentati a batterie. Nonostante i progressi nel settore dell’accumulo di energia elettrica, per immagazzinare l’energia necessaria ad un volo di molte ore sarebbero necessarie batterie con un peso superiore a quello dell’aereo stesso. Pertanto, anche se esistono ultraleggeri con alimentazione elettrica, al momento non si vedono alternative all’uso di carburanti liquidi ad alta densità energetica per gli aerei di grandi dimensioni.

Visti i giganteschi volumi di traffico aereo, in continua espansione, un processo in grado di trasformare, grazie alla luce solare, le biomasse di scarto in combustibile diesel ed idrogeno da utilizzare per il trasporto aereo rappresenterebbe un importante passo in avanti verso il passaggio a combustibili per una aviazione più sostenibile.

LA PUBBLICAZIONE

Lo studio “Visible-light-driven coproduction of diesel precursors and hydrogen from lignocellulose-derived methylfurans”, pubblicato sul numero di giugno dell’autorevole rivista internazionale Nature Energy, dimostra proprio come produrre materiali fotocatalitici in grado di utilizzare efficacemente la luce solare per trasformare biomasse lignocellulosiche di scarto, in un processo complesso a più stadi, prima in precursori per diesel ed idrogeno e infine in carburanti effettivamente utilizzabili.

Si tratta di un risultato di grande rilevo, ottenuto nell’ambito di una collaborazione internazionale tra i gruppi di ricerca di Feng Wang (Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences), di Paolo Fornasiero e Tiziano Montini (Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali INSTM, Università di Trieste e Istituto ICCOM-CNR), Emiliano Fonda (Synchrotron SOLEIL) e Marc Heggen (Forschungszentrum Juelich GmbH).

IL PROCESSO

Il 2,5-dimetilfurano e il 2-metilfurano (puri o in miscela), derivanti da biomasse lignocellulosiche di scarto, sono sottoposti a un processo fotocatalitico di oligomerizzazione che porta alla formazione di composti ossigenati della lunghezza compresa tra i 10 e 20 atomi di carbonio, i precursori del diesel. Questi possono essere facilmente separati dai metilfurani che non hanno reagito grazie a un processo di distillazione che garantisce una selettività maggiore del 96%. Un processo di idrodeossigenazione, infine, trasforma i precursori in una miscela di alcani contenente un’ampia frazione di catene ramificate. Il punto chiave del processo è lo step di oligomerizzazione, che può essere facilmente condotto utilizzando il fotocatalizzatore Ru-ZnIn2S4, messo a punto in questo studio, che opera sotto irraggiamento con luce visibile. Oltre a produrre dimeri, trimeri e tetrameri ad alta selettività, l’oligomerizzazione di metilfurani utilizzando Ru-ZnIn2S4 coproduce idrogeno, che può essere riutilizzato per le esigenze del processo di idrodeossigenazione.

LE DICHIARAZIONI

“Le biomasse, inclusi i residui agricoli e gli scarti forestali - afferma Feng Wang - rappresentano la più grande fonte di carbonio in natura (circa 120 miliardi di tonnellate di materia secca per anno) e sono potenzialmente in grado di sostituire il petrolio, a patto di possedere tecnologie di trasformazione sufficientemente efficaci. Mentre i processi termici sono rapidi ma energivori, quelli biotecnologici possono essere lenti e occupare volumi importanti. I processi fotocatalitici che sfruttano la luce fino ad oggi si sono dimostrati ancora poco efficienti e non risultano sempre sostenibili”.

“Pertanto - continua Paolo Fornasiero - è essenziale identificare nuovi materiali fotocatalitici per un processo complesso in grado di usare la luce del sole per trasformare dei derivati della biomassa, come i metilfurani, in idrogeno e ottenendo alla fine quantità significative di diesel. Il combustibile cosi ottenuto presenta un minor impatto ambientale poiché ingloba carbonio non fossile ma riciclabile e immagazzina energia luminosa sotto forma di energia chimica”.

“Stadio fondamentale del processo messo a punto nello studio - prosegue Tiziano Montini - è stata la comprensione della struttura dei materiali fotocatalitici impiegati, i solfuri di indio e zinco drogati con rutenio, e l’ottimizzazione delle loro prestazioni catalitiche a seguito dell’identificazione del ruolo attivo di ciascun componente. Per far ciò è stato necessario l’utilizzo di sofisticate tecniche di caratterizzazione spettroscopiche che hanno coinvolto il Dr. Emiliano Fonda, responsabile linea SAMBA del sincrotrone Soleil e già laureato all’Università di Trieste, e di microscopia a trasmissione elettronica con risoluzione quasi a livello atomico condotte in Germania".

I FINANZIAMENTI

Lo studio è stato finanziato dalla cinese National Natural Science Foundation e dal Strategic Priority Research Program dall’Accademia Cinese delle Scienze, dall’Università di Trieste, dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca Scientifica (MIUR), dal Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali (INSTM).

Fonte: Visible-light-driven coproduction of diesel precursors and hydrogen from lignocellulose-derived methylfurans, Nature Energy

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