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LE BIOMASSE: RISORSA SOSTENIBILE PER LA PRODUZIONE
ENERGETICA
Prof. Pellegrino Conte
Dipartimento di Scienze Agrarie e Forestali
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AUMENTO DELLA POPOLAZIONE MONDIALE
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Le risorse non rinnovabili come quelle derivanti dal petrolio sono destinate ad esaurirsi. È necessario implementare le tecnologie che fanno uso di risorse rinnovabili come le biomasse
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Sotto il profilo chimico, biomassa è qualsiasi sostanza organica di origine animale o vegetale e tutto il materiale organico contenuto nelle acque reflue inclusi i residui di origine biologica
COS È LA BIOMASSA?
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LA BIOMASSA COME FONTE RINNOVABILE
5
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COME È FATTA LA BIOMASSA?
Composizione elementare
Concentrazione (%) Natura
N 3 NH3, NH4+, acido urico e suoi sali
P 0.5 P2O5
K 2 K2O
COMPOSIZIONE DELLA POLLINA
6
La composizione chimica della biomassa è molto variabile in funzione della sua origine
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COME È FATTA LA BIOMASSA? - 2
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CONVERSIONE DELLA BIOMASSA
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scopo della presentazione
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BIOCARBURANTI LIQUIDI Il BIOETANOLO è un alcol prodotto da differenti tipi di biomasse e deriva dalla fermentazione degli zuccheri presenti come componenti strutturali nelle cellule vegetali.
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1. Uso di piante destinate per produrre energia
2. Sottrazione di suolo alla produzione agricola a scopi alimentari
Problemi legati delle biomasse per la produzione energetica
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1. Uso di biomasse di scarto 1. Ricerca di metodologie sostenibili a basso impatto per la
produzione di biocarburanti
Possibili soluzioni
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USO DELLE BIOMASSE NEL MONDO PER LA PRODUZIONE ENERGETICA
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COSA STA FACENDO LA RICERCA PER SVILUPPARE
LA TECNOLOGIA DEI BIOCARBURANTI?
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Un caso studio Palermo
«Trattamento e decomposizione di biomasse in bioetanolo»
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA - 2
Cellulosa(sc) + H3PO4 → Cellulosa-P(l) Cellulosa-P(l) + H2O → Cellulosa-P(sa)
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA
- 3
Assente in H3PO4
Effetto Tyndall
Presente in Cellulosa + H3PO4
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Assente in H3PO4 Presente in Cellulosa + H3PO4
La cellulosa non si solubilizza, ma forma una dispersione colloidale
NO
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA
- 4
Effetto Tyndall
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Assente in H3PO4 Presente in Cellulosa + H3PO4
La dispersione colloidale è più o meno facilmente degradabile della cellulosa cristallina?
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA - 5
Effetto Tyndall
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TRATTAMENTO E DECOMPOSIZIONE DELLA CELLULOSA
Resa % del glucosio in seguito a degradazione della cellulosa con cellulasi
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Fig. 1 Temporal-variation of glucose concentration following cellulose degradation in H3PO4 at 80 °C.
Cinetica di formazione glucosio da cellulosa microcristallina
PGCC kk
hydros 21Cinetica del secondo ordine
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Fig. 1 Temporal-variation of glucose concentration following cellulose degradation in H3PO4 at 80 °C.
Cinetica di formazione glucosio da cellulosa microcristallina
tkBtktkkk
kAG 2021
12
10 expexpexp][
Più grande è il rapporto k1/k2, maggiore è la resa in glucosio K1/k2=1.71 (t=80°C) In letteratura k1/k2 massimo si ottiene a 190°C in acido solforico concentrato e risulta pari a 1.60
e consente un risparmio energetico con una più elevata
reazione
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Spettri 13C NMR cellulosa microcristallina e cellulosa fosforilata ad °C. Confronto con lo spettro del GLU
Fig. 2 13C NMR spectra of cellulose dissolved in H3PO4 (A), glucose dissolved in phosphoric acid (B) and mixture of products obtained by heating at 80 °C for 60 min the cellulose/H3PO4 solution (C). The numbers pointing to the peaks are chemical shift positions. The peaks due to deuterated chloroform used as an external standard are also indicated. 22
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Name Structure Acronym
glyceraldehyde OH O
OH
H
GLYA
1,2-cyclopentanedione
O
O
CPD
3-hexene-2,5-diol OH
OH
HED
2,4-dihydroxy-2,5-
dimethyl-3(2H)-furan-
3-one
O
OH O
OH
DHDMFO
2-deoxy-D-erythro-
pentose
O
H OH
OH
OH
DEP
2,3-dihydro-3,5-
dihydroxy-6-methyl-
4H-pyran-4-one
O
OH
O
OH
DHDHMPO
5-(hydroxymethyl)-2-
furancarboxaldehyde O
OOH
HMFCA
3-oxo-butanoic acid
hexyl ester
O
O O
OBAHE
1,6-anhydro--D-
glucopyranose
(levoglucosan)
O
OH
OH
OH
O
LVG
Prodotti di degradazione del
GLU
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0 50 100 150 200 250 300
0
50
100
150
200
Co
ncen
trazio
ne d
i zu
cch
eri
rid
ucen
ti (
med
ia p
esata
, m
g/g
)
Tempo (min)
Cinetica di formazione zuccheri riducenti da sarmenti di vite
Composizione Biomassa vite
Cellulosa * Emicellulosa * Lignina *
44,67 21,15 16,12
* Valori espressi in % su 1 g di peso secco della biomassa
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Spettroscopia CPMAS 13C
NMR
Dopo 60 min, gli spettri NMR della componente solida contengono unicamente segnali della lignina.
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Conclusioni
1. fosforico è un solvente non tossico che rende la biomassa cellulosica disponibile per enzimatica con una resa maggiore rispetto a quella riportata per le conversioni in acido solforico ed elevata temperatura.
2. Oltre alla maggiore resa in glucosio, fosforico consente di utilizzare una temperatura molto più bassa (80°C) di quella normalmente riportata in letteratura (da 120 a 190°C) con notevole risparmio energetico
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27
Grazie!
Prof. Pellegrino Conte