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Piattaforma integrata per la produzione di biocarburanti e green chemicals

Referente: dr.ssa Isabella De Bari - e mail: isabella.debari@enea.it - tel. 0835.974618

La stazione sperimentale ENEA è stata realizzata a metà degli anni 90 e comprendente due impianti per il pretrattamento delle biomasse lignocellulosiche mediante steam explosion (uno continuo da 300 Kg/h e uno batch da 1 Kg/ciclo). La stazione è integrata con laboratori di ricerca per attività di tipo chimico e biologico sulle matrici trattate.

La tecnologia di steam explosion viene impiegata per destrutturare i materiali a composizione lignocellulosica. Si opera tipicamente in intervalli di temperature 180-230°C e tempi di lavorazione di 1-10 minuti. Alla destrutturazione della matrice lignocellulosica concorrono due azioni: l’istantanea decompressione, realizzata nel passaggio dall’atmosfera di vapore saturo del reattore alle normali condizioni ambientali e un processo di idrolisi dei legami per opera del vapor d’acqua ad alta temperatura. Il risultato finale è quello di rendere maggiormente accessibili e reattivi i polimeri della cellulosa e della lignina e di solubilizzare la gran parte dell’emicellulosa sotto forma di pentosani.

Stele (Steam Explosion Legno) è la stazione pilota ENEA in cui possono essere effettuate marce sperimentali su scala significativa in continuo in grado di trattare in continuo fino a 300 Kg/h di biomassa. La stazione (schematizzata in figura 1) prevede una sequenza di pretrattamento ed estrazione finalizzata alla separazione delle componenti principali: lignina, emicellulosa e cellulosa

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Figura 1: Schema dell’impianto continuo di Steam Explosion dell’ENEA

Al momento di iniziare la marcia il materiale viene sminuzzato in una tranciatrice e convogliato in un serbatoio di accumulo mediante una linea pneumatica da cui vengono prelevati mediante un sistema di coclee, pesati automaticamente umidificati e introdotti nella sezione di alimentazione del reattore (2 figura). Qui la biomassa viene compressa fino a formare una massa consistente, un vero e proprio tappo che sigilla il reattore. Il reattore è di tipo tubolare. Realizzato in acciaio può resistere a pressioni fino a 30 Kg/cm2; è coibentato esternamente e provvisto di sonde interne per il controllo della temperatura e della pressione. Un sistema di coclee interne regola la movimentazione della biomassa, compreso il tempo di permanenza. La biomassa “esplosa” viene convogliata in un serbatoio di espansione Lo schema dell’impianto prevede in sequenza l’estrazione dell’emicellulosa dal materiale esploso con acqua in un estrattore da 3 m3 (3). La sospensione viene filtrata su un filtro a nastro scorrevole (belt filter) “estrattore multistadio in controcorrente”. La soluzione acquosa viene concentrata fino a raggiungere la consistenza di uno sciroppo (50% in acqua) in un evaporatore a film cadente. L’estrazione della lignina dal solido residuo dalla prima belt filter avviene in analoghe apparecchiature (6) con una soluzione alcalina di idrossido di sodio. Il solido residuo dalla estrazione della emicellulosa e della lignina risulta arricchito nella frazione cellulosica (8) che viene neutralizzata ed eventualmente seccata.

 

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Figura 2: stazione sperimentale di pretrattamento, frazionamento e conversione di biomasse

La Stazione è in grado di produrre intermedi per numerosi processi di produzione di prodotti “verdi”: zuccheri per biocarburanti a base alcolica, bio-oli, intermedi per bioplastiche, lignine per la produzione di bioaromatici.

Alla stazione di pretrattamento sono annessi i laboratori di biotecnologie applicate e di analisi chimica.

 

I laboratori sono attrezzati per effettuare le seguente analisi:

  • Analisi prossimale e finale
  • Analisi termogravimetrica (TGA)
  • Spettrofotometria (FTIR, UV-Vis, AAS, ICP-OES) e spettrometria (ICP-MS)
  • Caratterizzazione di flussi di processo liquidi e gassosi (HPLC, HPIC, GC-TCD, GC-MS)
  • Preparazione del campione
  • Campionamento in loco e on-line

 

 

Rai Scuola - MEMEX: Energia, produzione di Biocarburanti

  • ENEA - Centro Ricerche Trisaia - S.S. 106 Ionica, km 419+500 - 75026 Rotondella (MT)