Un processo nuovo e migliorato in quattro fasi ottimizza le operazioni di bioraffineria
La biomassa lignocellulosica è una risorsa abbondante e rinnovabile, ed è infatti la materia prima più abbondante e sostenibile sulla Terra per la produzione di prodotti chimici e materiali a biocompatibili. Tuttavia, i prodotti biocompatibili sono costosi, poiché i processi attuali consumano troppa energia e risorse. Le fasi individuali del processo possono diventare più efficienti grazie a metodi di intensificazione del processo, che permettono di integrare più fasi di lavorazione in singole operazioni unitarie. Questo metodo aiuta le bioraffinerie a ridurre al minimo i costi, a ridurre i rifiuti e a promuovere la produzione di materiali e prodotti chimici ecologici. Secondo le attese, le bioraffinerie saranno una parte fondamentale della bioeconomia circolare, che può contribuire a costruire un futuro sostenibile e a raggiungere gli obiettivi ambiziosi del Green Deal europeo, in particolare il percorso verso la neutralità climatica.
Tutto ha inizio con la purificazione e la conversione dello zucchero
Il progetto BioSPRINT, finanziato dall’UE, ha migliorato i processi di bioraffinazione per purificare e convertire gli zuccheri da biomasse lignocellulosiche come legno e paglia. Gli scienziati hanno introdotto un processo in quattro fasi per recuperare gli zuccheri presenti nei flussi di emicellulosa provenienti dalle bioraffinerie di lignocellulosa e utilizzarli per produrre nuovi polimeri a base biologica.
Creare un modello integrato passo-passo di bioraffineria
Durante la fase iniziale di purificazione a monte, gli zuccheri sono estratti dai flussi di emicellulosa attraverso tecnologie di precipitazione e membrana. Nella seconda fase, con l’aiuto di catalizzatori ottimizzati questi zuccheri vengono convertiti in furani, come il furfurolo e il 5-HMF. La terza fase consiste nel separare i furani dai solventi di reazione, in preparazione della fase di polimerizzazione. Durante questo passaggio finale, i furani purificati vengono impiegati per produrre le cosiddette resine fenoliche e i polioli. «L’uso di metodi innovativi di intensificazione durante tutte le fasi di lavorazione migliora l’efficienza energetica e l’uso delle risorse», spiega la coordinatrice di BioSPRINT Christina Andreessen. «Questo riduce i costi di produzione e migliora la redditività delle operazioni di bioraffinazione, contribuendo in ultima analisi a sviluppare la produzione di materiali bio-rinnovabili.» I metodi a cui si riferisce Andreessen includono approcci innovativi di precipitazione che sfruttano campi di forza centrifughi, la formulazione di catalizzatori ottimizzati, processi di distillazione integrati e intensificati e la polimerizzazione potenziata dagli ultrasuoni. L’équipe del progetto ha convalidato la versatilità e la scalabilità delle tecnologie, dimostrando il loro funzionamento ottimale con diversi tipi di flussi di emicellulosa.
Formazione, istruzione e rafforzamento delle capacità
I vari webinar e workshop ibridi organizzati hanno raccolto numerosi aderenti, sia dal mondo accademico che dall’industria, offrendo numerose opportunità di scambio e formazione sui metodi di intensificazione dei processi sviluppati dal progetto. Ricercatori e professionisti del settore continuano a usare i materiali come una preziosa risorsa per sviluppare e applicare ulteriormente le tecnologie nelle loro operazioni di bioraffinazione. Alcuni dei contenuti di divulgazione della ricerca creati per i workshop saranno anche inseriti in nuovi corsi di livello master di tre università e istituti di ricerca in Finlandia, Slovenia e Regno Unito che hanno partecipato a BioSPRINT. La tecnologia di intensificazione del processo si allinea anche con numerosi obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite che riguardano l’efficienza energetica, la riduzione dei rifiuti, la conservazione delle risorse, la riduzione delle emissioni, i principi dell’economia circolare e lo sviluppo sostenibile. «Con processi di bioraffinazione efficienti, la produzione di materiali biocompatibili è più economica e richiede meno risorse», conclude Andreessen. «Questo facilita il passaggio a un’economia circolare biocompatibile e riduce la dipendenza dai combustibili fossili.»
Parole chiave
BioSPRINT, materiale, bioraffinazione, energia, intensificazione del processo, emicellulosa, furano, biomassa lignocellulosica, purificazione, bioeconomia circolare
