Condizionamento di materiale lignocellulosico per la produzione di etanolo di seconda generazione

L’impiego di biomasse residuali per ottenere bioenergia e green chemicals e una concreta possibilita di contribuire allo sviluppo sostenibile. Questi materiali sono composti principalmente da policarboidrati (cellulosa, emicellulosa) e polimeri fenolici (lignina) e hanno grandi potenzialita di utilizzo. Le biomasse lignocellulosiche opportunamente condizionate, sono utilizzate come substrato di fermentazione e riserva di sostanze aromatiche per produrre biocombustibili o monomeri di base. Una fase fondamentale di questa trasformazione e la separazione dei tre macrocostituenti, uno stadio chiamato pretrattamento che puo essere realizzato in modalita anche molto varie. Di particolare interesse e l’utilizzo di vapore saturo a ca 200°C, che e efficace, economico e con un basso impatto ambientale. Un effetto collaterale dei pretrattamenti idrotermici e la produzione di molecole indesiderate, derivanti dalla disidratazione di alcuni zuccheri, che possono inficiare i successivi stadi. Il successo dell’intera filiera dipende dall’ottimizzazione di questi primi stadi della bioraffinazione che, infatti, e stato l’obiettivo di uno dei piu impegnativi progetti del programma del Ministero dello Sviluppo Economico Industria 2015, il PR.IT. (Sviluppo di una tecnologia di PRetrattamento ITaliana per la produzione di bioetanolo di seconda generazione) in cui e stata largamente coinvolta l’ENEA. Nelle attivita di cui si riporta, gli autori hanno sperimentato l’impiego di un essiccatore a pale cave, interposto a valle del pretrattamento di steam explosion di paglia di grano e a monte dei successivi processi di idrolisi e fermentazione. L’essiccatore e stato impiegato con successo per la rimozione di alcuni inibitori della fermentazione alcolica e per migliorare l’idrolisi enzimatica ad alta concentrazione iniziale di solido sia in termini di resa che di fluidificazione. L’essiccatore e stato utilizzato in diverse configurazioni. I migliori risultati di detossificazione sono stati ottenuti con trattamenti di un’ora a 65°C, con l’ausilio di uno spray addizionale di acqua. In questo modo la concentrazione iniziale di acido acetico e furfurale nel substrato (2,4% e 0.26% in peso rispettivamente) si sono ridotte di circa un ordine di grandezza. Prove d’idrolisi e fermentazione hanno dimostrato incrementi di resa d’idrolisi (da 47-70% nell’esploso tal quale a 70-93% nell’esploso detossificato) e produzioni alcoliche con rese del 96% rispetto ai potenziali stechiometrici. Una configurazione innovativa sperimentata nell’ambito del progetto e consistita nell’utilizzo del sistema di essiccazione a pale cave come reattore di idrolisi per elevati rapporti solido/liquido. Le idrolisi enzimatiche effettuate in questa configurazione con un carico di solido del 40% in peso hanno avuto un aumento di resa del 51% rispetto ai sistemi tradizionali da banco. Inoltre, la fluidita dello slurry era sufficiente da potere essere pompato e immesso nelle normali linee d’impianto gia nella prima ora di idrolisi, una prestazione di particolare rilievo per la scalabilita industriale del processo.