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Potenziamento dei biocarburanti cellulosici
Il Dipartimento dell'Energia Laboratori Nazionali di Energie Rinnovabili (NREL) sta per iniziare a testare un catalizzatore sviluppato da Dow Chemical, il colosso industriale con sede a Midland, MI, per vedere se può essere utilizzato per aumentare in maniera massiccia la produzione di etanolo da biomasse.
Patto sui biocarburanti: NREL e Dow Chemical stanno collaborando per migliorare i processi termochimici per produrre biocarburante etanolo da biomasse cellulosiche, come i rifiuti di legno. I gruppi sperano di utilizzare un catalizzatore Dow per migliorare la conversione del syngas in etanolo.
La partnership tenterà di produrre biocarburanti a base di etanolo da biomasse cellulosiche, come scarti di mais o legno, utilizzando processi termochimici. Nello specifico, NREL sta cercando di utilizzare un catalizzatore Dow per convertire il syngas, una miscela di idrogeno e anidride carbonica ottenuta dalla gassificazione della biomassa, in una miscela di alcoli, incluso l'etanolo. L'accordo congiunto prevede che i partner dimostrino il processo su scala pilota e valutino la fattibilità di una struttura integrata su scala commerciale.
La speranza è che un catalizzatore al solfato di molibdeno sviluppato da Dow negli anni '80 migliori il processo di conversione del syngas. In caso di successo, un processo catalitico potrebbe teoricamente raggiungere tassi di produzione di 130 galloni di alcol per tonnellata di biomassa, un miglioramento significativo sui rendimenti da 60 a 80 galloni prodotti dagli impianti di fermentazione biochimica esistenti, afferma Mark Jones, uno scienziato dello sviluppo di strategie tecnologiche con Dow.
NREL sta già sviluppando reazioni termochimiche, come la gassificazione, per produrre etanolo dalla biomassa. Rispetto agli impianti di fermentazione biochimica dell'etanolo, la produzione termochimica è molto più rapida, afferma Stephen Gorin, uno scienziato senior del NREL, a Golden, CO. Il rendimento è molto elevato, afferma. Dall'inizio alla fine, stai parlando di ordini di secondi anziché di cinque o sei giorni utilizzando la produzione biochimica.
Le alte temperature utilizzate nella gassificazione possono abbattere praticamente qualsiasi forma di biomassa e gestire facilmente l'alto contenuto di lignina che può costituire fino al 25% di molte forme di biomassa. Ciò significa che possono essere utilizzate materie prime non commestibili, come gli scarti di legno e gli steli e le foglie delle colture.
Ma un problema con la produzione termochimica risiede nelle fasi finali della sintesi, dove vengono utilizzati catalizzatori per convertire il syngas in una miscela mista di alcoli contenenti etanolo. NREL vuole rendere il processo più selettivo per la sintesi di etanolo e aumentare le rese.
Ha senso che NREL unisca le forze con Dow, afferma Gorin, perché l'azienda chimica ha una lunga esperienza nel sapere come produrre il catalizzatore, nonché nell'esperienza nel portare i processi industriali alle dimensioni necessarie per la produzione commerciale.
Dow ha lavorato al suo catalizzatore per un po' di tempo, afferma Paul Dauenhauer, un ingegnere chimico presso il Università del Minnesota , a Minneapolis. Con l'approccio termochimico alla produzione di biocarburanti, la fase catalitica che converte il syngas in alcoli è il fattore limitante in termini di costi e design, afferma. L'altro fattore limitante è il ridimensionamento. È tutt'altro che semplice prendere un impianto pilota e cercare di ottenere gli stessi risultati su scala industriale, afferma Dauenhauer.
Dow è fiducioso che il catalizzatore raggiungerà i rendimenti di cui NREL ha bisogno, ma la parte difficile è aumentare la produzione, afferma Jones. Ci sono tutti i tipi di variabili che possono cambiare quando vengono aumentate le dimensioni di una linea di produzione, come i tassi di calore, la progettazione delle apparecchiature e la gestione dei contaminanti, afferma. Dow ha già aumentato la produzione completa per il catalizzatore al solfato di molibdeno, afferma Jones. E Dow ha dimostrato la produzione di etanolo utilizzando quantità di biomassa di una tonnellata.
In cambio del suo contributo, Dow ottiene l'esperienza di NREL nella gassificazione su larga scala. L'interesse di Dow nella produzione di etanolo non risiede nello sviluppo di combustibili per il trasporto, ma piuttosto nel ridurre la propria dipendenza dal petrolio, afferma Jones. L'industria petrolchimica rappresenta solo circa l'1% del consumo totale di petrolio, ma ne ha comunque bisogno come materia prima per produrre la vasta gamma di materiali. Il nostro obiettivo è cercare di migliorare la nostra posizione di materia prima, afferma Jones.
In particolare, l'etanolo è un ottimo precursore per arrivare all'etilene, dice. L'etilene è un elemento fondamentale per molti prodotti chimici e materie plastiche. Le materie prime e i costi energetici rappresentano attualmente poco meno della metà dei costi totali di produzione e di esercizio di Dow. Nel 2007, Dow ha speso 24 miliardi di dollari per l'acquisto di materie prime ed energia.
L'obiettivo della partnership è iniziare a testare e cercare di migliorare le prestazioni del catalizzatore già a ottobre, afferma Gorin. Ma i dettagli precisi della partnership triennale devono ancora essere definiti e gli obiettivi prestazionali per il catalizzatore rimangono proprietari.