Come trasformare rifiuti di biocarburanti in eco-plastica economica

bioplastiche-12-4La domanda di PLA biodegradabile è in costante aumento e dovrebbe raggiungere circa un megaton all'anno da 2020. (Credito: Bo Cheng / ETH Zurigo)

Per produrre plastiche biodegradabili, i produttori si rivolgono sempre più all'acido polilattico (PLA). La richiesta di PLA dovrebbe raggiungere un megaton all'anno da 2020.

Attualmente, la maggior parte PLA è prodotto attraverso la fermentazione degli zuccheri, ma i ricercatori dicono di essere sviluppato un modo più economico e più pulito per produrlo: utilizzando glicerolo, uno spreco sottoprodotto della produzione di biodiesel.

Il glicerolo è un sottoprodotto nella produzione di biocarburanti di prima generazione e, in quanto tale, non è di alta qualità ma contiene residui di ceneri e metanolo.

bioplastica2-12-4Il biodiesel grezzo contiene notevoli quantità di glicerolo (fase scura). (Credito: Bo Cheng / ETH Zurigo)

"Nessuno sa cosa fare con questa quantità di rifiuti di glicerolo", dice Merten Morales, studente di dottorato all'ETH di Zurigo e parte di un gruppo di ricerca guidato dal professor Konrad Hungerbühler.

Questa sostanza sprecata sta diventando sempre più abbondante, con i megatoni 3 di 2014 che si prevede aumentino oltre i megatoni 4 di 2020. A causa della sua impurità, il glicerolo non è adatto all'industria chimica o farmaceutica.

Inoltre non è una buona fonte di energia perché non brucia bene.

"Normalmente, dovrebbe passare attraverso il trattamento delle acque reflue, ma per risparmiare denaro e perché non è molto tossico, alcune aziende lo smaltiscono nei fiumi o lo alimentano al bestiame. Ma ci sono preoccupazioni su come questo influisce sugli animali. "

20 per cento in meno CO2

La nuova procedura riduce l'emissione complessiva di CO2 del 20 percentuale rispetto alla fermentazione: per chilogrammo di acido lattico prodotto, i chilogrammi 6 di CO2 vengono emessi con il nuovo metodo rispetto ai chilogrammi 7.5 con la tecnologia convenzionale.

Inoltre, abbassando il costo complessivo del processo, i ricercatori hanno calcolato un aumento di 17 volte dei profitti potenziali.

"I nostri calcoli sono anche piuttosto conservatori", dice Morales. "Abbiamo assunto una materia prima glicerolo di qualità relativamente buona. Ma funziona anche con glicerolo di bassa qualità, che è anche più economico. "

Come funziona il processo

Il glicerolo viene prima convertito enzimaticamente in un intermedio chiamato diidrossiacetone, che viene ulteriormente trattato per produrre acido lattico mediante un catalizzatore eterogeneo.

Un team guidato da Javier Pérez-Ramírez, professore all'Istituto per la chimica e la bioingegneria, ha progettato un catalizzatore con alta reattività e una lunga durata. È costituito da un minerale microporoso, una zeolite, la cui struttura facilita le reazioni chimiche all'interno dei pori.

Il team di Pérez-Ramírez ha collaborato con il gruppo di Hungerbühler per migliorare il catalizzatore passo dopo passo, mentre allo stesso tempo eseguiva la valutazione del ciclo di vita dell'intera procedura.

"Senza la valutazione e il confronto con il metodo convenzionale, avremmo potuto essere contenti di un progetto di catalizzatore iniziale utilizzato per il nostro studio, che si è rivelato meno ecologico della fermentazione", spiega Pierre Dapsens, uno studente di dottorato nel Pérez- Gruppo Ramírez.

Migliorando diversi aspetti della progettazione del catalizzatore, i ricercatori sono stati finalmente in grado di superare la fermentazione zuccherina sia dal punto di vista ambientale che economico.

I processi industriali sono spesso resi "sostenibili" semplicemente passando a una risorsa rinnovabile.

"Tuttavia, tenendo conto dell'intero processo, dalla fonte della materia prima al prodotto finale e includendo la gestione dei rifiuti, spesso si scopre che un metodo di produzione apparentemente sostenibile non è necessariamente più sostenibile di quello convenzionale", aggiunge Cecilia Mondelli, uno scienziato senior nel gruppo Advanced Catalysis Engineering, che è anche coinvolto nello studio.

Maggiori informazioni sul metodo nel diario Energia e Scienze Ambientali.

Fonte: Politecnico federale di Zurigo
studio originale

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