Nuove tecnologie di macerazione sostenibili
Attualmente, la macerazione del legno al fine di isolare le fibre di cellulosa per la produzione di carta utilizza tecnologie ad alta intensità energetica sviluppate oltre un secolo fa, che richiedono prodotti chimici fossili. Esiste un consenso generale che spinge verso processi più ecologici che richiedano meno energia e siano più sostenibili, ma allo stesso tempo mantengano l’efficienza della produzione di pasta di legno di alta qualità. L’industria della pasta di legno e della carta può dare un contributo importante a un mondo efficiente sotto il profilo delle risorse, sostenendo gli sforzi globali verso una bioeconomia a basse emissioni di carbonio. I partner del progetto PROVIDES, finanziato dall’UE, hanno sviluppato una tecnologia innovativa per le materie prime lignocellulosiche a base di legno e di tipo agricolo. «Il nostro obiettivo era quello di raggiungere il 40% di riduzione dell’energia e l’80% di riduzione delle emissioni di CO2 nell’industria della pasta di legno e della fabbricazione della carta», spiega Annita Westenbroek, la coordinatrice del progetto. Solventi DES La tecnologia di PROVIDES si basa sui solventi eutettici profondi (DES, deep eutectic solvents), una nuova classe di solventi naturali. I singoli componenti DES hanno punti di fusione naturalmente alti, superiori ai 100 °C, ma al momento della miscelazione formano liquidi a bassa volatilità a temperatura ambiente. Scoperti 15 anni fa, i DES sono già stati applicati in applicazioni elettrochimiche. «Solo cinque anni fa è stato scoperto che alcuni DES naturali mostrano un’elevatissima solubilità della lignina, indicando pertanto la possibilità di essere utilizzati come nuovi solventi per la macerazione. Nel nostro progetto abbiamo utilizzato DES funzionanti a temperatura e pressione atmosferica bassa per isolare la lignina dal legno, in modo da poter ottenere fibre di cellulosa pura di alta qualità per la fabbricazione della carta», continua la Westenbroek. Il progetto PROVIDES ha sviluppato oltre cento DES. Alcuni di essi hanno dimostrato la capacità unica di sciogliere e quindi di frazionare leggermente il legno. Le fibre di cellulosa generate erano diritte e ben modellate, dando origine a carta con un buon legame interno e un’ottima resistenza alla trazione. I flussi secondari di lignina ed emicellulosa possono essere inoltrati per un’ulteriore valorizzazione. Un altro risultato significativo del progetto è stato lo sviluppo dei primi DES idrofobici che hanno migliorato significativamente l’isolamento dei componenti dalla pasta di legno acquosa. Oltre una tecnologia più verde «I DES sono solventi naturali, rinnovabili, biodegradabili ed economici che non sono mai stati utilizzati prima nell’industria della pasta di legno e della carta o per qualsiasi altro frazionamento della biomassa», sottolinea la Westenbroek. Indubbiamente, la scoperta dei DES ha il potenziale per rivoluzionare il processo della macerazione, aprendo la strada alla produzione di pasta di legno con energia, emissioni e residui minimi. È importante sottolineare che si prevede che l’implementazione di questa tecnologia radicale nell’industria cartaria aumenti la sostenibilità attraverso l’efficienza energetica, dei costi e delle risorse. Inoltre, i DES potrebbero essere utilizzati anche per recuperare la cellulosa dai rifiuti e sciogliere gli inchiostri e i contaminanti nella carta per il riciclaggio. Tuttavia, per portare questa tecnologia di laboratorio verso la fase successiva, esistono molte lacune tecnologiche che devono essere colmate. Le attività in corso del consorzio PROVIDES mirano a ottimizzare il processo di delignificazione e a migliorare il recupero e il riutilizzo dei DES. Attualmente, i ricercatori si stanno preparando per uno studio di fase pilota per testare i DES su scala più elevata e convalidare effetti ambientali e benefici climatici. L’impatto ambientale dei risultati di PROVIDES si estende oltre l’industria della carta, in quanto la lignina pura può sostituire gli aromatici a base di fossili nel settore chimico. Nel complesso, l’approccio di PROVIDES mira a superare le prestazioni dei tradizionali processi di macerazione producendo prodotti di altissima qualità con consumo di energia e costi minori. L’obiettivo finale, conclude la Westenbroek, è «implementare commercialmente l’innovazione tecnologica DES entro il 2030 per sostenere gli obiettivi climatici dell’industria della carta e della pasta di legno».
Parole chiave
PROVIDES, macerazione, emissioni di anidride carbonica, solventi eutettici profondi (DES)
