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Nuova rotta verso i biocarburanti a base di idrocarburi
I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno sviluppato un semplice processo chimico in due fasi per convertire gli zuccheri vegetali in idrocarburi. I composti creati durante il processo potrebbero essere utilizzati anche per produrre altri prodotti chimici industriali e materie plastiche.
Benzina verde: I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison stanno utilizzando catalizzatori per convertire rapidamente soluzioni di zucchero vegetale in una miscela di composti organici che galleggiano come l'olio. Il passaggio dei composti organici su vari catalizzatori li trasforma in idrocarburi presenti nella benzina, nel diesel e nel carburante per aerei.
Diverse aziende stanno producendo biocarburanti a base di idrocarburi, che possono essere più economici da produrre rispetto all'etanolo e hanno una maggiore densità energetica, utilizzando microbi. Startup come LS9 e Amyris stanno cercando di ingegnerizzare geneticamente i sistemi metabolici dei microbi in modo che fermentino gli zuccheri in utili idrocarburi.
I ricercatori del Wisconsin, guidati dal professore di ingegneria chimica e biologica James Dumesic , impiegare reazioni chimiche invece di fermentazione microbica. Usano catalizzatori ad alte temperature per convertire il glucosio in biocarburanti idrocarburici. Il processo funziona migliaia di volte più velocemente dei microbi a causa delle temperature più elevate, quindi richiede reattori più piccoli ed economici, afferma Dumesic. I catalizzatori e i sistemi di riformazione utilizzati sono simili a quelli utilizzati nelle raffinerie di petrolio, il che semplificherebbe anche il processo.
Il processo catalitico, presentato online in Scienza , richiede due passaggi principali, che possono essere integrati ed eseguiti in sequenza con l'uscita da un reattore che va all'altro. Sia il meccanismo del catalizzatore che la progettazione del processo continuo rendono il nuovo approccio promettente, afferma John Regalbuto, direttore del programma di catalisi e biocatalisi presso la National Science Foundation, che finanzia il lavoro di Dumesic. Inoltre, i catalizzatori possono essere riciclati, mentre i microbi muoiono e devono essere reintegrati, dice. Rispetto all'utilizzo di enzimi o microbi, dice, la mia sensazione è che in questa fase del gioco i catalizzatori abbiano più potenziale.
Nel primo reattore, una soluzione zucchero-acqua viene fatta passare su un catalizzatore platino-renio a circa 500 K. Questo rimuove cinque dei sei atomi di ossigeno dallo zucchero, creando una miscela di vari composti idrocarburici, come alcoli e acidi organici. I composti formano uno strato oleoso che galleggia sopra la soluzione.
L'olio viene trasferito al secondo reattore, dove viene passato su vari catalizzatori solidi, ottenendo una gamma di molecole di idrocarburi che compongono benzina, diesel e carburante per aerei. Ad esempio, un catalizzatore a base di rame e magnesio produce gli idrocarburi presenti nel diesel e nel carburante per aerei. La benzina contiene idrocarburi in cui gli atomi di carbonio sono collegati in strutture ramificate e a forma di anello, mentre gli atomi di carbonio nel diesel e nel carburante per aerei formano lunghe catene lineari. Gli alcoli e gli acidi organici nell'olio del primo passaggio potrebbero essere utilizzati anche per produrre plastica e prodotti chimici industriali, afferma Dumesic.
L'obiettivo finale dei ricercatori è quello di utilizzare gli zuccheri derivati dalla biomassa cellulosica come i rifiuti agricoli e le erbacee invece di utilizzare fonti alimentari come mais e canna da zucchero. Questa sarebbe la chiave per produrre combustibili idrocarburici vantaggiosi per l'ambiente da impianti che sono economicamente competitivi con i combustibili petroliferi. Tuttavia, gli enzimi utilizzati per estrarre il glucosio e altri zuccheri dalla cellulosa sono attualmente troppo costosi per rendere competitivo il processo per la creazione di biocarburanti cellulosici.
Indipendentemente dal fatto che la biobenzina competa o meno con la sua controparte del petrolio, potrebbe comunque avere più senso che produrre etanolo, afferma Regalbuto. Una delle parti più costose della produzione di etanolo è la fase di distillazione ad alta intensità energetica, in cui l'etanolo deve essere separato dall'acqua. Gli idrocarburi come benzina e diesel, nel frattempo, galleggiano verso l'alto, quindi sono più facili e meno costosi da separare. Inoltre, dice, ottieni un carburante con il 30% in più di densità energetica [rispetto all'etanolo]. Quindi è più economico da realizzare e ti dà il 30 percento in più di chilometraggio del gas.