Dipendenza dai combustibili petroliferi e incendi violenti:due separati, sfide su larga scala che potrebbero essere affrontate da una scoperta scientifica.

I team del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dei Sandia National Laboratories hanno collaborato per sviluppare un processo snello ed efficiente per convertire la materia vegetale legnosa come la crescita eccessiva delle foreste e i rifiuti agricoli, materiale che attualmente viene bruciato intenzionalmente o meno, in biocarburante liquido. La loro ricerca è stata pubblicata di recente sulla rivista Chimica e ingegneria sostenibili ACS .

"Secondo un recente rapporto, entro il 2050 saranno disponibili 38 milioni di tonnellate di biomassa legnosa secca ogni anno, rendendolo una fonte di carbonio eccezionalmente abbondante per la produzione di biocarburanti, " disse Carolina Barcelos, un ingegnere di processo senior presso la Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU) di Berkeley Lab.

Però, gli sforzi per convertire la biomassa legnosa in biocarburante sono tipicamente ostacolati dalle proprietà intrinseche del legno che ne rendono molto difficile la decomposizione chimica, ha aggiunto il ricercatore ABPDU Eric Sundstrom. "I nostri due studi descrivono in dettaglio un percorso di conversione a basso costo per le fonti di biomassa che altrimenti verrebbero bruciate sul campo o in cumuli tagliati, o aumentare il rischio e la gravità degli incendi stagionali. Abbiamo la capacità di trasformare queste fonti di carbonio rinnovabili dall'inquinamento atmosferico e dai rischi di incendio in un combustibile sostenibile".

In uno studio condotto da Barcelos e Sundstrom, gli scienziati hanno usato sostanze chimiche non tossiche, enzimi disponibili in commercio, e un ceppo di lievito appositamente progettato per convertire il legno in etanolo in un singolo reattore, o "pentola". Per di più, una successiva analisi tecnologica ed economica ha aiutato il team a identificare i miglioramenti necessari necessari per raggiungere la produzione di etanolo a $ 3 per gallone di benzina equivalente (GGE) attraverso questo percorso di conversione. Il lavoro è il primo processo end-to-end per la produzione di etanolo da biomassa legnosa caratterizzato sia da un'elevata efficienza di conversione che da una semplice configurazione a un solo vaso. (Come ogni cuoco sa, le ricette a una pentola sono sempre più semplici di quelle che richiedono più pentole, e in questo caso, significa anche un minor consumo di acqua ed energia.)

In uno studio complementare, guidato da John Gladden e Lalitendu Das presso il Joint BioEnergy Institute (JBEI), un team ha messo a punto il processo one-pot in modo che potesse convertire la biomassa legnosa della California, come pino, mandorla, noce, e detriti di abete, con lo stesso livello di efficienza dei metodi esistenti utilizzati per convertire la biomassa erbacea, anche quando l'input è un mix di diversi tipi di legno.

"Rimozione della biomassa legnosa dalle foreste, come i pini incolti della Sierra, e da aree agricole come i mandorleti della Central Valley della California, possiamo affrontare più problemi contemporaneamente:incendi boschivi disastrosi in stati a rischio di incendio, rischi di inquinamento atmosferico da combustione controllata di residui colturali, e la nostra dipendenza dai combustibili fossili, " ha detto Das, un borsista post-dottorato presso JBEI e Sandia. "Oltre a ciò, ridurremmo significativamente la quantità di carbonio aggiunta all'atmosfera e creeremmo nuovi posti di lavoro nel settore delle bioenergie".

L'etanolo è già utilizzato come additivo per la riduzione delle emissioni nella benzina convenzionale, in genere costituiscono circa il 10% del gas che pompiamo nelle nostre auto e camion. Alcuni veicoli speciali sono progettati per funzionare con carburante con composizioni di etanolo più elevate fino all'83%. Inoltre, l'etanolo generato dalla biomassa vegetale può essere utilizzato come ingrediente per produrre diesel e carburanti per aerei più complessi, che stanno contribuendo a decarbonizzare i settori dell'aviazione e del trasporto merci, difficili da elettrificare. Attualmente, la fonte più comune di bioetanolo sono i chicchi di mais, un materiale amidaceo molto più facile da scomporre chimicamente, ma richiede terra, acqua, e altre risorse per produrre.

Questi studi indicano che la biomassa legnosa può essere efficacemente scomposta e convertita in biocarburanti avanzati in un processo integrato che è competitivo in termini di costi con l'etanolo da mais a base di amido. Queste tecnologie possono essere utilizzate anche per produrre biocarburanti "drop-in" chimicamente identici ai composti già presenti nella benzina e nel diesel.

Il prossimo passo in questo sforzo è quello di sviluppare, design, e distribuire la tecnologia su scala pilota, che è definito come un processo che converte una tonnellata di biomassa al giorno. I team del Berkeley Lab stanno lavorando con Aemetis, una società avanzata di combustibili rinnovabili e biochimici con sede nella Bay Area, commercializzare la tecnologia e lanciarla su scala più ampia una volta completata la fase pilota.