I chimici producono cherosene “verde” da legno e paglia

La conversione della lignina vegetale in combustibile cherosene è diventata più efficiente. Chimici olandesi, cinesi e svizzeri sono riusciti a raggiungere questo obiettivo utilizzando un nuovo catalizzatore, una sostanza che facilita le reazioni chimiche. Con il loro metodo, quello Lo hanno descritto di recente In Ingegneria chimica naturaleLa conversione commerciale della lignina in combustibili sostenibili, in particolare cherosene per l’aviazione, è sempre più vicina agli occhi degli scienziati.

Per fermare il riscaldamento globale, i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas) devono essere sostituiti con alternative sostenibili. Un’alternativa è la produzione di biocarburanti da materiali vegetali. Un’alternativa competitiva è il trasporto elettrico a batteria. “Per auto e camion è prevista molta elettricità”, afferma Emil Hensen, professore di materiali inorganici e catalisi alla TU Eindhoven e ricercatore coordinatore dello studio ora pubblicato. “Ma per i mezzi di trasporto più pesanti, come navi e aerei, si presta maggiore attenzione, tra le altre cose, ai combustibili derivati ​​dalla biomassa”.

La maggior parte della biomassa, come legno e paglia, è costituita principalmente da lignocellulosa, una miscela di cellulosa, emicellulosa e lignina. È il materiale organico più comune sulla Terra. La cellulosa può essere convertita con relativa facilità in bioetanolo, un carburante che ora viene miscelato con la benzina.

Più difficile da convertire

Ma convertire la lignina è molto più difficile. “Adesso viene bruciato, ma si tratta di un'applicazione di scarso valore”, afferma Hensen. Secondo lui, la conversione della biomassa diventerebbe più interessante dal punto di vista commerciale se la lignina potesse essere convertita anche in prodotti di qualità superiore, come il cherosene.

Il fatto che la lignina sia difficile da convertire ha a che fare con la sua struttura, spiega Hensen. La cellulosa è costituita da unità ripetitive di glucosio, tutte legate insieme tramite lo stesso legame. Tutto quello che devi fare è rompere quel legame per ottenere singole unità di glucosio, che puoi poi convertire in etanolo.

Ma la lignina è una rete tridimensionale composta da molecole a forma di anello collegate tramite legami diversi. “Vuoi mantenere le particelle di forma rotonda, perché sono adatte come combustibile come il cherosene”, afferma Hensen. I legami sono composti da atomi di carbonio e ossigeno (COC) o atomi di carbonio (CC). Il primo è relativamente facile da rompere, il secondo è più stabile.

Vuoi conservare le particelle di forma rotonda, che sono adatte come combustibile

Il catalizzatore ora utilizzato dai chimici si concentra specificamente sul legame C-C ed è costituito da una miscela di platino e zeolite. La zeolite è un minerale tridimensionale che contiene molte cavità in cui possono verificarsi reazioni. La conversione con il catalizzatore è una reazione in due fasi. Il platino indebolisce il legame C-C e la zeolite lo rompe. I chimici hanno scoperto che la produzione di molecole a forma di anello aumenta quando il platino e la zeolite sono più vicini tra loro. La reazione è avvenuta ad una temperatura di circa 260°C. “È relativamente mite”, dice Hensen.

I chimici hanno provato il loro nuovo approccio su legno duro e tenero (betulla). La resa delle singole particelle di forma circolare era da due a undici volte superiore rispetto ai metodi precedentemente testati. Le molecole di forma circolare sono costituite da 6 a 12 atomi di carbonio, inclusi alcuni vari gruppi laterali di carbonio. Le molecole contenenti più di 9 atomi di carbonio sono adatte per il cherosene.

Meno gas serra

Secondo i chimici, il loro metodo è competitivo con le tecnologie alternative per produrre cherosene sostenibile, come la produzione di cherosene sintetico tramite il processo Fischer-Tropsch. Il cherosene è costituito da una miscela di monossido di carbonio e idrogeno. I chimici hanno anche calcolato che il loro metodo rilascia dalla metà ai tre quarti di gas serra in meno rispetto alle tecniche alternative.

“Il nuovo catalizzatore non solo funziona a basse temperature, ma produce anche ottimi rendimenti, anche con flussi di lignina difficili da convertire”, afferma Bert Wickhuysen, professore di chimica inorganica e catalisi all'Università di Utrecht. Non ha partecipato allo studio.

Secondo lui, lo studio rappresenta in realtà un importante passo avanti. I legami chimici difficili da rompere nella lignina vengono elaborati selettivamente. Ciò consente di convertire in modo efficiente i flussi tecnici di lignina, provenienti ad esempio dall’industria della carta e della pasta di legno, in combustibile. “Se il catalizzatore si dimostra resistente anche ai contaminanti presenti nei flussi tecnici di lignina, come lo zolfo, avrà una grande stabilità. Quindi la conversione ha un grande potenziale.”

Secondo Wickhuysen, la ricerca futura potrebbe concentrarsi sul miglioramento dell’accessibilità della zeolite, che ne aumenta la reattività.

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