Economia basata su bio-sostenibilità ed ecologia

Un team del Centro di Ricerca sulla Bioenergia di Great Lakes e l’Università del Wisconsin-Madison In una nuova ricerca, pubblicata di recente sulla rivista Energy and Environmental Science, descrivono un processo efficiente ed economicamente fattibile per la produzione di HMF-5-idrossimetilfurfurale, una pianta versatile-sostanza chimica derivata considerata cruciale per la costruzione di un’economia rinnovabile. Inoltre, i ricercatori mostrano che il processo è semplice e compatibile con l’infrastruttura esistente nell’industria dell’alto fruttosio sciroppo di mais.

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

HMF può essere utilizzato per produrre un’ampia gamma di prodotti chimici, plastiche e carburanti. 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 derivata dal vegetale del polietilentereftalato (PET), la comune plastica usata per fabbricare bottiglie per bevande e altri imballaggi per alimenti.

Ad esempio, Coca-Cola, Danone e BASF hanno già investito nella produzione di acido furandicarbossilico, una sostanza chimica derivata dall’HMF utilizzata per produrre il 100% di bottiglie di plastica a base biologica.

Ad oggi, tuttavia, l’uso di HMF è stato limitato dal suo alto costo di produzione. Le materie plastiche a base biologica sono attualmente più costose delle loro controparti petrolifere, in gran parte a causa delle dimensioni dei processi di produzione esistenti.

“Esiste una domanda di alternative sostenibili: la domanda è: quanto siamo competitivi sui costi con i prodotti petroliferi?” dice Motagamwala.

Il professor James A. Dumesic, autore senior del giornale, ha lavorato per oltre due decenni sulle tecnologie per produrre in modo sostenibile ed economico l’HMF da zuccheri derivati ​​da biomassa.

“Sappiamo da anni che HMF è una molecola di piattaforma con un enorme potenziale, ma è stata una sfida continua produrre HMF in modo economicamente vantaggioso dalle risorse di carboidrati sostenibili”, afferma Dumesic. “I nostri primi lavori si sono concentrati sull’uso di sistemi di solventi speciali per produrre HMF dal fruttosio con alte rese.”

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

“I solventi generalmente utilizzati sono costosi e la separazione del solvente e del prodotto rende il processo ancora più costoso”, afferma Motagamwala. “Ora abbiamo dimostrato che siamo in grado di produrre HMF con una resa veramente elevata, vicina al 95%, con un sistema solvente economico che può essere rimosso con estrema facilità.”

Il processo del team GLBRC disidrata il fruttosio in HMF utilizzando un sistema solvente composto solo di acetone e acqua, con un catalizzatore solido acido solido. Oltre ad essere economici e facilmente accessibili, i solventi sono ambientalmente benigni 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”, afferma Motagamwala. Ciò significa un investimento di capitale inferiore e un rischio inferiore rispetto a quanto generalmente associato a tecnologie non provate.

I ricercatori hanno condotto una valutazione tecnico-economica per valutare la fattibilità di implementare il nuovo processo. Dimostra che un prezzo minimo di vendita per HMF di $ 1,710 per tonnellata raggiungerà un ritorno dell’investimento del 25%, una percentuale comoda destinata a generare qualche rassicurazione sulla redditività.

Il più grande fattore nel determinare tale prezzo è il costo della materia prima – in questo caso, il fruttosio. Ciò significa che un’azienda all’interno dell’industria del mais controllerebbe già il maggior costo del sistema. Significa anche che quando l’offerta di sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio è superiore alla domanda, l’industria potrebbe ridurre l’eccesso di fruttosio in HMF come un flusso di prodotti separato e di alto valore.

I ricercatori hanno anche dimostrato come il processo possa essere esteso per utilizzare il glucosio come materia prima. Poiché il glucosio può essere facilmente prodotto dalla biomassa, è più economico e più abbondante del fruttosio. Tuttavia, la produzione di HMF da glucosio richiede un ulteriore passaggio di elaborazione e un’infrastruttura aggiuntiva.

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

“L’implementazione a lungo termine del processo consiste nel far sì che le piante partano dal glucosio, il che farà abbassare ulteriormente i costi”, afferma.

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La ricerca è stata finanziata attraverso una sovvenzione del Dipartimento dell’Energia (DE-SC0018409).

–Jill Sakai, jasakai@wisc.edu

Fonte
eurekalert.org