Sviluppare le rinnovabili, alternative a base vegetale per i prodotti chimici derivati ​​dal petrolio è una parte importante dello sforzo per passare da un'economia basata sui combustibili fossili verso un'economia basata sulla bioeconomia più sostenibile e rispettosa dell'ambiente. Ma l'integrazione di una tecnologia nuova e non provata nei sistemi industriali esistenti comporta un elemento di rischio che ha reso la commercializzazione di tali progressi una sfida significativa.

In una nuova ricerca, pubblicato di recente sulla rivista Scienze energetiche e ambientali , un team del Great Lakes Bioenergy Research Center e l'Università del Wisconsin-Madison descrivono un processo efficiente ed economicamente fattibile per la produzione di HMF-5-idrossimetilfurfurale, un versatile prodotto chimico di origine vegetale considerato cruciale per la costruzione di un'economia rinnovabile.

Cosa c'è di più, il processo è semplice e compatibile con l'infrastruttura esistente nell'industria dello sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio, mostrano i ricercatori.

"Ci siamo integrati in un processo attuale per ridurre un po' il rischio iniziale e diminuire il capitale iniziale necessario per mettere le cose a terra per dimostrare la tecnologia, "dice Ali Hussain Motagamwala, che ha guidato il progetto mentre era uno studente laureato UW-Madison in ingegneria chimica e biologica.

L'HMF può essere utilizzato per produrre un'ampia gamma di prodotti chimici, plastiche e combustibili. È un candidato interessante per la commercializzazione in parte perché esiste già un mercato consolidato per molti dei prodotti realizzati con HMF. Uno è una versione completamente vegetale del polietilene tereftalato (PET), la plastica comune utilizzata per realizzare bottiglie per bevande e altri imballaggi alimentari. Per esempio, Coca Cola, Danone, e BASF hanno già investito nella produzione di acido furandicarbossilico, una sostanza chimica derivata dall'HMF utilizzata per produrre bottiglie di plastica al 100% a base biologica.

Ad oggi, però, L'uso di HMF è stato limitato dal suo alto costo di produzione. Le plastiche a base biologica sono attualmente più costose delle loro controparti a base di petrolio, in gran parte a causa della scala dei processi di produzione esistenti.

"C'è una domanda di alternative sostenibili. La domanda è:quanto possiamo essere competitivi in ​​termini di costi con i prodotti a base di petrolio?" afferma Motagamwala.

UW-Madison ingegneria chimica e biologica Professor James A. Dumesic, autore senior del documento, ha lavorato per più di due decenni su tecnologie per produrre in modo sostenibile ed economico HMF da zuccheri derivati ​​da biomassa.

"Sappiamo da molti anni che l'HMF è una molecola piattaforma con un enorme potenziale, ma è stata una sfida continua produrre HMF in modo conveniente da risorse di carboidrati sostenibili, " Dice Dumesic. "Il nostro lavoro iniziale si è concentrato sull'uso di speciali sistemi di solventi per produrre HMF dal fruttosio con rese elevate".

Il problema è sempre stato il solvente in cui è stato prodotto l'HMF.

"I solventi che vengono generalmente utilizzati sono costosi di per sé, e la separazione del solvente e del prodotto rende il processo ancora più costoso, " Dice Motagamwala. "Ora abbiamo dimostrato che possiamo produrre HMF con una resa davvero elevata, vicina al 95%, con un sistema a solvente economico che può essere rimosso molto facilmente".

Il processo del team GLBRC disidrata il fruttosio in HMF utilizzando un sistema solvente composto solo da acetone e acqua, con un catalizzatore acido solido stabile. Oltre ad essere economico e facilmente accessibile, i solventi sono rispettosi dell'ambiente e facili da separare dall'HMF risultante.

"Una delle cose migliori del nuovo processo è che tutte le operazioni unitarie utilizzate sono semplici e sono attualmente impiegate nel settore, " Dice Motagamwala. Ciò significa un investimento di capitale inferiore e un rischio inferiore rispetto a quelli generalmente associati a tecnologie non comprovate.

I ricercatori hanno condotto una valutazione tecnico-economica per valutare la fattibilità dell'implementazione del nuovo processo. Mostra che un prezzo di vendita minimo per HMF di $ 1, 710 per tonnellata otterranno un ritorno sull'investimento del 25%, una percentuale confortevole destinata a creare una certa rassicurazione sulla redditività.

Il fattore più importante nel determinare quel prezzo è il costo della materia prima, in questo caso, fruttosio. Ciò significa che un'azienda nel settore del mais controllerà già il costo maggiore del sistema. Significa anche che quando l'offerta di sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio è superiore alla domanda, l'industria potrebbe deviare il fruttosio in eccesso in HMF come un separato, flusso di prodotti di alto valore.

I ricercatori hanno anche dimostrato come il processo può essere ampliato per utilizzare il glucosio come materia prima. Poiché il glucosio può essere facilmente prodotto dalla biomassa, è più economico e più abbondante del fruttosio. Però, La produzione di HMF dal glucosio richiede una fase di elaborazione aggiuntiva e un'infrastruttura aggiuntiva.

Dimostrare la tecnologia che utilizza il fruttosio è il primo passo, secondo Motagamwala.

"L'implementazione a lungo termine del processo è ottenere piante a partire dal glucosio, che ridurrà ulteriormente il costo, " lui dice.