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L'uso di acqua supercritica potrebbe ridurre i costi per l'etanolo
Renmatix , una startup con sede a Kennesaw, in Georgia, utilizza l'acqua ad alta pressione e temperatura per trasformare i trucioli di legno in zucchero, che può quindi essere fermentato per produrre biocarburanti e altri prodotti chimici. La società afferma che il processo può produrre zucchero allo stesso prezzo della produzione di canna da zucchero, il che ha portato a una redditizia produzione di biocarburanti in Brasile.
Super convertitore: Un sacco di trucioli di legno macinati alimenta un sistema che converte il legno in zucchero utilizzando acqua supercritica in questo impianto dimostrativo Renmatix in Georgia.
Renmatix sta affrontando il passaggio più difficile nella produzione di etanolo da abbondanti materiali cellulosici come i trucioli di legno, invece che da colture di mais o zucchero. Una volta prodotto lo zucchero, la stessa tecnologia impiegata in un impianto convenzionale di etanolo da mais o da canna da zucchero può essere utilizzata per produrre etanolo.
Finora, Renmatix ha dimostrato la tecnologia solo su piccola scala, utilizzando un impianto in grado di elaborare tre tonnellate di trucioli di legno al giorno. Come per tutte le società di biocarburanti avanzati, una delle maggiori sfide sarà convincere gli investitori a consegnare i soldi necessari per costruire una struttura commerciale più grande per dimostrare che l'impresa è commercialmente redditizia. L'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti è stata costretta a rinunciare ai requisiti per l'etanolo cellulosico perché non sono stati ancora costruiti impianti commerciali per convertire il materiale cellulosico in etanolo. Riducendo il costo di produzione dello zucchero da materiali cellulosici, Renmatix spera di rompere finalmente questo ingorgo.
Ricercatori e aziende hanno provato molti metodi per trasformare la cellulosa in zucchero. Alcuni prevedono la scomposizione della biomassa utilizzando acidi o enzimi appositamente studiati. Altri prevedono l'utilizzo di calore e pressione per trasformare la biomassa in idrogeno e monossido di carbonio, che può essere convertito in biocarburante utilizzando catalizzatori inorganici. Ogni metodo ha degli svantaggi: gli enzimi sono costosi; gli acidi sono tossici. Entrambi i processi sono lenti e richiedono attrezzature costose. I processi che utilizzano catalizzatori inorganici e ad alto calore hanno anche rese relativamente basse dei combustibili desiderati.
Invece di utilizzare enzimi o acidi, Renmatix impiega acqua supercritica, acqua a temperature e pressioni molto elevate. In queste condizioni, la cellulosa si dissolve e si scompone molto rapidamente in molecole di zucchero. Le reazioni richiedono secondi, rispetto ai giorni per alcuni altri processi. A causa dell'elevata velocità di reazione, una quantità relativamente piccola di apparecchiature può produrre una grande quantità di zucchero, mantenendo bassi i costi di capitale. Attrezzature più piccole potrebbero anche consentire di distribuire la produzione di biocarburanti, diminuendo così i costi di trasporto della biomassa.
Rifornimento di zucchero: Un lavoratore di Renmatix pompa lo zucchero prodotto dal nuovo processo di acqua supercritica dell'azienda in un contenitore di stoccaggio.
Tuttavia, lavorare con l'acqua supercritica presenta delle sfide. I materiali che possono essere utilizzati con l'acqua supercritica sono limitati, ad esempio dissolverà il vetro. Le reazioni estremamente veloci rendono anche difficile garantire che la chimica non vada troppo lontano e produca sottoprodotti indesiderati. Nei tentativi passati, l'acqua supercritica ha disidratato parte dello zucchero prodotto, dando luogo a composti che possono avvelenare il lievito utilizzato per convertire lo zucchero in etanolo. Tipicamente, il processo produce anche una quantità relativamente piccola di zucchero da una data quantità di biomassa.
Fred Moesler, vice presidente della tecnologia di processo di Renmatix, afferma che l'azienda ha superato questi problemi. L'azienda non ha detto come lo fa, ma Gary Aurand, un ricercatore dell'Università dell'Iowa che ha familiarità con l'azienda fin dai suoi primi giorni (quando era conosciuta come Sriya Innovations), suggerisce che l'azienda potrebbe utilizzare soluzioni supercritiche acqua solo in una parte del suo processo.
Trasformare la biomassa in zucchero utilizzando acqua supercritica comporta prima la macinazione della biomassa in piccole particelle, quindi la dissoluzione della cellulosa in acqua. Senza dissolverlo, solo le molecole di cellulosa sulla superficie delle particelle verranno scomposte, con conseguente bassa produzione di zucchero. Dopo che la cellulosa si è dissolta, un'ulteriore esposizione a temperature e pressioni elevate romperà le molecole di cellulosa in zucchero.
Aurand dice che l'acqua deve essere supercritica solo per la fase di dissoluzione. Se Renmatix potesse progettare un sistema per spostare il materiale disciolto in un'area a temperatura e pressione inferiori, potrebbe rallentare il processo di scomposizione della cellulosa in zucchero, prevenendo la formazione di composti indesiderati.
Tutto ciò che Renmatix ha detto è che utilizza due passaggi per abbattere la cellulosa e un materiale simile, l'emicellulosa. La scomposizione della cellulosa produce glucosio, lo zucchero che il lievito può facilmente utilizzare per produrre etanolo. La scomposizione dell'emicellulosa produce un altro zucchero chiamato xilosio, che non funziona con la fermentazione convenzionale, ma che può essere utilizzato in alcuni biocarburanti avanzati e processi biochimici. L'economia del processo dipenderà dal mercato dello xilosio.
Renmatix ha raccolto parte del denaro per un impianto in grado di produrre 100.000 tonnellate di zucchero all'anno, abbastanza grande da dimostrare che il processo ha un potenziale commerciale, dice. Ma l'azienda è ancora al lavoro per ottenere i prestiti necessari per andare avanti. In passato, l'utilizzo di acqua supercritica per elaborare la biomassa è stato considerato antieconomico, quindi potrebbe rivelarsi difficile convincere le banche a firmare. Poco si sa della tecnologia, dice Andy Aden , responsabile dell'analisi della bioraffineria presso il National Renewable Energy Laboratory di Golden, Colorado. Sulla base di calcoli precedenti, dice, è probabile che sia costoso.