INTRODUZIONE E SCOPO DELLA TESI
La società moderna richiede lo sviluppo di processi economici e efficienti dal punto di vista energetico per la produzione sostenibile di carburanti e prodotti chimici. Questa richiesta è motivata dall’insieme di molteplici fattori, inclusa la rapida crescita della domanda di carburanti e intermedi chimici, causata dalla crescita esponenziale della popolazione, dal depauperamento delle risorse fossili, e dalle politiche ambientali e di salvaguardia energetica sempre più restrittive (emissioni di CO2 e effetto serra). Nel 2008 il Parlamento Europeo ha approvato una direttiva, che impone di aumentare entro il 2020 l’efficienza energetica del 20% rispetto ai livelli di oggi, diminuire l’emissioni di gas serra del 20% rispetto ai livelli presenti negli anni 90 ed arrivare ad un valore del 20% di energia da fonti rinnovabili 1. Altri Paesi, come gli Stati Uniti e Cina, stanno adottando politiche nella stessa direzione. Negli ultimi anni, l’impiego di biomasse destinate all’industria alimentare (zucchero di canna, mais etc.) per la produzione di carburanti rinnovabili (noti anche con il nome di biocarburanti di prima generazione) è stato messo in discussione per i seguenti motivi: i) impatto sulla produzione alimentare e sulla biodiversità; ii) i carburanti ottenuti non sono competitivi a livello di prezzi con quelli fossili, senza ricorrere a sussidi; iii) le riduzioni delle emissioni di gas serra sono molto limitate. Invece, l’utilizzo della biomassa lignocellulosica (non commestibile) per la produzione di biocarburanti (definiti di seconda generazione) e di prodotti chimici derivanti da biomassa non presenta tali problemi ed è molto più vantaggioso da un punto di vista economico, geopolitico ed ambientale. All’interno di questo scenario, l’uso di biomassa lignocellulosica rappresenta una delle opzioni più valide e promettenti per il raggiungimento di una produzione sostenibile di carburanti e prodotti chimici. Soprattutto negli ultimi dieci anni la produzione di molecole ad alto valore aggiunto a partire da biomassa ha ottenuto una posizione di rilievo rispetto ai derivati del petrolio. In quest’ottica sempre di più indirizzata verso la bioraffineria, la molecola del 5-idrossimetilfurfurale (HMF) ha mostrato potenzialità notevoli per la sostituzione di prodotti chimici ad oggi prodotti a partire
1 Decisione 2002/358/CE del Consiglio, del 25 aprile 2002, relativa all'approvazione, in nome della Comunità
europea, del Protocollo di Kyoto alla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici e l'esecuzione congiunta degli impegni che ne derivano.
da risorse non rinnovabili, come mostrato in figura 1. In tabella 1 sono riportati i nomi IUPAC delle molecole rappresentate nello schema
Tabella 1 Nomi IUPAC delle molecole rappresentate nello schema in figura 1
Abbreviazione Nome IUPAC
HMF 5-idrossimetilfurfurale
AL Acido levulinico
EL Etilevulinato
FDCA Acido 2,5-furandicarbossilico
DFF 2,5-diformilfurano DMF 2,5-dimetilfurano DMTHF 2,5-dimetiltetraidrofurano EMF 5-etossimetilfurfurale BHMF 2,5-bis-idrossimetilfurano BHMTHF 2,5-bis-idrossimetiltetraidrofurano
Nella prima parte di questo lavoro di tesi, è stata studiata e ottimizzata la reazione di deidratazione del fruttosio a dare HMF in presenza di sali inorganici e/o inibitori di polimerizzazione. In particolare sono stati confrontati i risultati in termini di resa e selettività in HMF delle reazioni di deidratazione del monosaccaride in presenza di Cu(NO3)2, Cu(COOCH3)2 e 1,4-diidrossibenzene. Nella seconda parte è stata studiata la reazione di idrogenazione catalitica in fase acquosa liquida dell’HMF puro e in seguito dell’HMF presente nelle soluzioni ottenute dall’idrolisi del fruttosio. I catalizzatori oggetto di questo studio sono stati: Cu\C; Pt\C, Pd\C, Ru\C e Ru\γ-Al2O3. Sono state confrontate le loro prestazione catalitiche in termini di conversione di HMF, resa e selettività nei due principali prodotti di idrogenazione, ovvero il idrossimetilfurano (BHMF) e il 2,5-bis-idrossimetiltetraidrofurano (BHMTHF).
