CAPELLI, SOFIA
NEW ADIPIC ACID PRODUCTION PROCESS STARTING FROM HYDROLYZED LIGNIN AND CELLULOSE, EXPERIMENTAL AND MODELLING STUDY [Tesi di dottorato]
Università degli Studi di Milano, 2019-01-28

I governi occidentali, consapevoli dell’impatto negativo delle attività umane sulla salute dell’ambiente e il benessere delle persone, hanno elargito programmi a lungo termine, atti a mitigare l’inquinamento e a ridurre il consumo di risorse energetiche e materiali. Contestualmente, sia l’industria che il mondo accademico stanno incanalando i loro sforzi verso la ricerca di nuove soluzioni “green”. Un esempio concreto sono le bio-raffinerie, sviluppate come controparte delle nocive industrie petrolchimiche, che sono in grado di produrre intere classi di composti chimici e combustibili come una vera e propria raffineria. La differenza sostanziale tra una raffineria e una bio-raffineria è la fonte di carbonio che, nel caso di quest’ultima, deriva da risorse rinnovabili: l’anidride carbonica viene catturata dall’atmosfera e fissata all’interno di alcuni microorganismi e piante, seguendo così il suo ciclo naturale. L’acido adipico (AdA) è stato scelto come caso base, data la sua continua crescente domanda e la mancanza di alcuni dati importanti per un ulteriore sviluppo in campo bio. La domanda attuale di AdA copre un mercato di 3.7 milioni di tonnellate all’anno con una domanda che cresce del circa 4.1% a causa delle prosperanti industrie automobilistiche, di vernici, tessili, dei beni di consumo, elettriche ed elettroniche, di cablaggio e di imballaggio che continueranno a stimolarne la domanda nel periodo 2017-2025. Nonostante i 70 anni di maturità tecnologica, il processo tradizionale di produzione dell’AdA basato sull’utilizzo di benzene è tutt’ora al centro di controversie riguardanti la sicurezza e l’impatto ambientale. Per tali ragioni sia le istituzioni di ricerca private che pubbliche hanno perseguito strade alternative bio (e chimiche) per la produzione di tale composto chimico, ma sfortunatamente, nessuno di tali processi ha raggiunto l’industrializzazione a causa della caduta del prezzo del greggio nel 2014. Questo evento mise in luce la principale debolezza delle bio-raffinerie, ovvero la necessità di competere in termini di costo con le tecnologie oramai consolidate e ottimizzate. Nel caso di prodotti chimici di massa derivanti da processi bio si rende necessario lo sviluppo di un approccio nuovo e innovativo: il design concettuale acquisisce quindi un ruolo di fondamentale importanza nella fase iniziale di sviluppo di processo e le capacità di stimare consistentemente costi e proiezioni e definire saldamente le strategie di ricerca e sviluppo sono i punti chiave della buona riuscita del progetto. Data l’enorme quantità di letteratura disponibile e l’interdisciplinarietà del progetto, il primo passo è stato la raccolta e l’organizzazione di tutta la conoscenza accessibile e l’identificazione delle alternative di processo attuali e attuabili. A tale riguardo si è deciso di scegliere un processo a due step che prevede un passaggio biotecnologico seguito da uno puramente chimico in grado di dare buone rese e una potenziale sostenibilità ambientale ed economica. Più nel dettaglio il processo scelto consiste in una prima fermentazione per la produzione di acido muconico (MA) partendo da glucosio (derivante dal trattamento della cellulosa) o da acida benzoico (derivante dalla lignina). Successivamente l’MA così prodotto viene idrogenato tramite processi catalitici ad AdA. La Tesi di Dottorato riguarda lo studio della reazione di idrogenazione dell’acido muconico (un acido dicarbossilico di-insaturo) ad acido adipico con particolare attenzione al meccanismo di reazione. Inoltre, grazie alla collaborazione con un gruppo di ricerca del Politecnico di Milano è stata eseguita un prima stima dei parametri cinetici di reazione ed è stata sviluppata la superstruttura dell’intero nuovo processo. Questo ha permesso di poter effettuare una prima stima di fattibilità economica e di evidenziare i colli di bottiglia del nuovo processo. Il Capitolo 1 fornisce un’introduzione all’oggetto della ricerca e la discussione dei principali utilizzi e processi di produzione dell’AdA. Nel Capitolo 2 viene descritto lo scopo della tesi, mentre all’interno del Capitolo 3 sono introdotti e descritti gli strumenti utilizzati durante la parte sperimentale del lavoro. Il Capitolo 4 descrive accuratamente il metodo analitico sviluppato per la valutazione della conversione e della resa dei prodotti e la sua consistenza. Nel Capitolo 5 vengono riportate le procedure sperimentali e i risultati ottenuti utilizzando catalizzatori commerciali a base di metalli nobili (Pt e Pd). Dopo la raccolta dei primi dati sperimentali si è proceduto alla regressione cinetica dei parametri di reazione e alla modellizzazione del meccanismo di reazione (Capitolo 6). Nel Capitolo 7 viene descritta la procedura di sintesi di catalizzatori a base di nanoparticelle di Pd supportate su carboni attivi e i risultati ottenuti riguardo l’idrogenazione dell’MA e del sodio muconato in ambiente acquoso. Infine, il Capitolo 8 riguarda lo studio di sostenibilità ambientale ed economica del nuovo processo.

diritti: info:eu-repo/semantics/openAccess
In relazione con info:eu-repo/semantics/altIdentifier/hdl/2434/608190
PIROLA, CARLO
supervisor: C. Pirola ; co-Supervisor: L. Prati ; phd program coordinator: M. Pizzotti
PIZZOTTI, MADDALENA
Settore CHIM/04 - - Chimica Industriale
Settore CHIM/02 - - Chimica Fisica


Tesi di dottorato. | Lingua: Inglese. | Paese: | BID: TD20012049