Finanziato da una sovvenzione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, un team di ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI) sta creando un modo migliore per convertire gli scarti alimentari in biocarburanti rispettosi dell'ambiente, un progetto che avrebbe un impatto su problemi globali come la dipendenza dal petrolio greggio, spreco di cibo, e inquinamento delle acque.

Usare i rifiuti alimentari per creare biocarburanti non è una novità, ma i processi sviluppati finora, che sono ingombranti e costosi, non hanno preso piede. In un articolo pubblicato sulla rivista ad accesso aperto Energie , Michael Timko, professore associato di ingegneria chimica, relazioni sul lavoro di un team di colleghi per migliorare significativamente la resa di olio dal processo di conversione degli scarti alimentari, migliorando anche l'efficienza.

"La gente lavora da decenni per produrre combustibili che competono con il petrolio, " Timko ha detto. "Stiamo cercando di ridurre la nostra dipendenza dal petrolio greggio, una risorsa in via di esaurimento che contribuisce al cambiamento climatico. Se possiamo farlo usando qualcosa che altrimenti continuerebbe a riempire le nostre discariche municipali, sono due modi in cui trarremo beneficio dal nostro ambiente. Questo probabilmente non è ancora abbastanza per rendere il processo economicamente fattibile, ma è un passo nella giusta direzione".

Timko ha detto che il suo processo descritto nel nuovo documento, che è stato finanziato da un anno, $ 168, 373 sovvenzione SBIR del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, potrebbe diventare un modo economico per trasformare il cibo che è andato a male o viene altrimenti scartato in biocarburante per alimentare le scuole, ristoranti, negozi di alimentari, e anche intere comunità. Ha detto che immagina reattori che permettano alle aziende e alle istituzioni che vendono o servono cibo di elaborare i loro rifiuti per generare un combustibile liquido che potrebbero usare per generare energia, risparmiare denaro e aiutare l'ambiente. E, Egli ha detto, mantenendo gli scarti alimentari fuori dalle discariche, dove si decompone per produrre gas serra e inquinamento delle acque, il processo avrà significativi benefici ambientali.

Circa un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo umano viene perso o sprecato:circa 1,3 miliardi di tonnellate all'anno, o una perdita di circa 161 miliardi di dollari, secondo l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura. Trenta milioni di tonnellate vengono sprecate ogni anno solo negli Stati Uniti.

Gli scienziati sanno da decenni come ricavare combustibili liquidi e gassosi dai rifiuti alimentari, utilizzando vari processi e con successo variabile. Un processo più recente, liquefazione idrotermale, è un'alternativa promettente, ma gli altri ha degli svantaggi. Attraverso questo processo, la biomassa umida (come il cibo di scarto) viene posta in un reattore simile a una pentola a pressione ed esposta a temperature e pressioni elevate. In queste condizioni, gli idrocarburi nella biomassa si decompongono per produrre un biocarburante simile al petrolio greggio.

Il problema è che una frazione significativa dei composti organici prodotti, compresi acidi e alcoli, finiscono nella fase acquosa prodotta dalla reazione e non vengono convertiti in biocarburante. Le acque reflue possono essere ulteriormente trattate per produrre olio più utilizzabile o trattate per renderlo sufficientemente pulito da poter essere scaricato, ma entrambe le opzioni aggiungono costi considerevoli e utilizzano energia aggiuntiva.

"La nostra sfida è creare un carburante che sia economico rispetto ai carburanti a base di petrolio, " ha detto Timko. "In effetti, il nostro biocarburante deve essere più economico del petrolio perché quell'industria ha da 80 a 100 anni di slancio e un'enorme infrastruttura alle spalle".

Timko e il suo team hanno deciso di aggiungere catalizzatori alla reazione di liquefazione per vedere se potevano ridurre la quantità di composti di carbonio persi nella fase acquosa e aumentare la resa di petrolio, rendendo così il processo più efficiente ed economico. Hanno sperimentato due tipi di composti:carbonato di sodio (Na2Co3), un catalizzatore omogeneo, e un gruppo di catalizzatori eterogenei noti come ossidi misti cerio-zirconio (CeZrOx).

Sebbene il carbonato di sodio non abbia aumentato significativamente la resa dell'olio, aggiungendo CeZrOx ha fatto (da meno del 40 percento a oltre il 50 percento), riducendo al contempo la quantità di composti rimasti nella fase acquosa. "Aggiungendo questi catalizzatori, siamo stati in grado di aumentare la resa di biocarburante e ridurre del 50 percento la perdita di composti nella fase acquosa. Un cambiamento del 50 percento è molto promettente, " ha detto Timko.

Nella ricerca in corso, il team sta studiando altri potenziali catalizzatori, compreso il fango rosso, un rifiuto creato durante la produzione di alluminio, che costa poco, stabile, e affidabile.

Alex Maag, uno studente laureato WPI in ingegneria chimica, ha coordinato gli esperimenti di laboratorio per il progetto e ha supervisionato i contributi di un team di Major Qualifying Project (MQP):le major senior di ingegneria chimica Maria Bailey, Jeremy Hemingway, e Nick Carabillo. (L'MQP è un'esperienza di progettazione o ricerca di livello professionale che tutti gli studenti universitari WPI devono completare.) Maag è coautore del documento Energies, insieme a Timko, Geoffrey Tomsett, professore assistente di ingegneria chimica, e Alex Paulsen, Ted Amundsen, e Paul Yelvington della Mainstream Engineering Corporation a Rockledge, Fla.

"Utilizzando qualcosa che altrimenti andrebbe nelle nostre discariche, " ha detto Maag, "contribuendo alla produzione di metano, un gas serra, così come l'inquinamento idrico e l'erosione, saremo in grado di ridurre la nostra dipendenza dal petrolio greggio, una risorsa in diminuzione che contribuisce al cambiamento climatico. Risolviamo due problemi contemporaneamente".