Più zucchero dal legno

Legno, paglia o erba: questi sono già gli ingredienti per la produzione di etanolo da materie prime rinnovabili. Sono considerati alternative ragionevoli al mais e alla canna da zucchero, che a volte vengono utilizzati per produrre carburante su larga scala, sebbene ciò sia eticamente controverso. La produzione di etanolo da biomassa vegetale legnosa presenta vantaggi economici, ecologici e, non da ultimo, energetici, in quanto è possibile ricavarne una maggiore quantità di energia.

Tuttavia, c'è un problema. Il legno è costituito in gran parte da zuccheri utilizzabili, legati sotto forma di cellulosa, elemento costitutivo, e di emicellulosa, riserva di energia. Tuttavia, contiene anche fino al 30% di lignina, che lega stabilmente gli elementi costruttivi. Le lignine sono grandi molecole riccamente ramificate che conferiscono al legno la sua caratteristica rigidità e lo proteggono dalla degradazione (da parte dei microrganismi).

Cucinare il legno con il vapore

Per poter utilizzare le piante legnose per la produzione di combustibile, è necessario prima sciogliere i supporti di lignina con un pre-trattamento appropriato. Thomas Pielhop, dottorando sotto la guida di Philipp Rudolf von Rohr, professore di ingegneria dei processi, sta lavorando a questo pretrattamento per il legno.

"Il metodo di scelta per il pretrattamento della biomassa legnosa è il vapore acqueo", spiega. "Per rompere la struttura e i legami di lignina del legno di abete rosso, il ricercatore usa letteralmente il vapore: Mette i trucioli fini in una camera a pressione e inietta vapore caldo a 220 gradi. Questo fa bollire il legno per un massimo di 20 minuti, sciogliendo parzialmente i legami di lignina. Sebbene la cellulosa e la lignina non si separino completamente, gli enzimi aggiunti successivamente riescono a rompere la cellulosa.

Scomposizione della struttura del legno

Pielhop abbassa bruscamente la pressione nella camera aprendo uno sportello in modo che gli enzimi abbiano una maggiore superficie da attaccare. Questo fa sì che l'acqua, che prima si condensava sopra e soprattutto nei trucioli di legno, vaporizzi in modo esplosivo. Quando l'acqua vaporizza, occupa uno spazio 1000 volte maggiore. Le particelle di legno vengono letteralmente gonfiate e scomposte ulteriormente per la degradazione enzimatica.

Tuttavia, il metodo presenta uno svantaggio: i frammenti di lignina risultanti tendono a trovare immediatamente un altro frammento di lignina come nuovo partner di legame. I frammenti molecolari possono legarsi in modo così forte che è quasi impossibile estrarre lo zucchero dalla biomassa risultante.

Per evitare l'aggregazione, Pielhop aggiunge al vapore acqueo una sostanza che "cattura" i frammenti reattivi di lignina. I chimici chiamano tali sostanze "spazzini". In particolare, l'ETH ha utilizzato il 2-naftolo, un composto poco costoso presente nelle ceneri del carbone delle centrali elettriche. Soddisfa i requisiti di uno scavenger: reagisce una sola volta e ha un'affinità per i frammenti di lignina. il pretrattamento aumenta la resa in zucchero

I primi test hanno dimostrato che Pielhop era sulla strada giusta: il pretrattamento ha aumentato l'efficacia degli enzimi e la resa in zucchero è raddoppiata rispetto al pretrattamento a vapore senza aggiunta di naftolo. "Grazie a questo pretrattamento, possiamo rendere disponibile per la produzione di etanolo quasi il 100% dello zucchero contenuto nel legno di abete rosso. ? straordinario", sottolinea l'ingegnere chimico.

Pielhop ha inizialmente sviluppato e testato il suo processo sul legno di abete rosso in un piccolo reattore da laboratorio e in un impianto pilota più grande, una "pistola a vapore". Michael Studer, ex collaboratore del gruppo Rudolf von Rohr, progettò questo impianto. Oggi la "pistola a vapore" si trova presso l'Haute école spécialisée di Berna. I test sono stati molto promettenti. I ricercatori hanno anche brevettato il processo tramite il centro di trasferimento tecnologico dell'ETH di Zurigo, ETH transfer.

Il ricercatore non è ancora del tutto soddisfatto di utilizzare il 2-naftolo, una materia prima fossile, come scavenger di radicali. Attualmente sta cercando uno scavenger che provenga da materie prime rinnovabili, afferma Pielhop. Tuttavia, un prerequisito per il successo commerciale è che sia economico e facilmente disponibile.

Implementazione negli USA e in Scandinavia?

Il processo di pretrattamento di Pielhop susciterà probabilmente un interesse particolare negli Stati Uniti e in Scandinavia. In questi Paesi sono già in corso ricerche su come si possa ricavare etanolo dal legno. Nei pressi di Milano si trova anche un impianto pilota che tratta piante legnose. Oltre alla paglia di grano e di riso, viene lavorata anche la canna gigante (Arundo donax). Questa viene coltivata appositamente per la produzione di etanolo su terreni che non possono (o non possono più) essere utilizzati per scopi agricoli. Tuttavia, la canna gigante si è rivelata una pianta invasiva negli Stati Uniti, spiazzando le piante autoctone.