Autoidrolisi e conversione acido-catalizzata di biomasse diverse: ottimizzazione di processi selettivi e sostenibii. Impiego dei prodotti di reazione in ambito conciario.

Al giorno d’oggi, la produzione di energia e di molecole di base per l’industria chimica è completamente dipendente da fonti fossili. Negli ultimi anni, grazie alla crescente attenzione per i problemi ambientali quali inquinamento ed effetto serra, la ricerca si sta indirizzando verso lo sfruttamento di materie prime rinnovabili. Le biomasse sembrano essere una delle possibilità tra le più promettenti a fondare un mercato, e quindi una società, indipendente dal petrolio. Tuttavia, la transizione verso questo sistema rinnovabile e sostenibile, potrà avere successo solo se il substrato di partenza sarà rappresentato da una biomassa lignocellulosica, preferibilmente di scarto, che non è in competizione con la filiera alimentare. Affinché il concetto di “bioraffineria” risulti sostenibile a livello economico ed anche sociale il cambiamento dovrà essere trasversale e quindi coinvolgere tutti i settori, diversificando i prodotti e indirizzandosi verso processi ad ampio spettro: questo implica che la biomassa non debba essere sfruttata solo per combustione diretta o per produrre bio-carburanti, ma considerata anche come risorsa polivalente per la produzione di bio-prodotti. In questa sede, è stata presa in esame la 5-idrossimetil-2-furaldeide (HMF), importante intermedio di sintesi per la produzione di bio-fuel, monomeri per bio-plastiche e intermedi farmaceutici. L’HMF si ottiene dalla disidratazione in ambiente acido di monosaccaridi, tra cui il fruttosio rappresenta il substrato più facile da convertire. La sfida attuale e dei prossimi anni della ricerca sarà sviluppare metodi efficienti ed ambientalmente sostenibili per la produzione dell’HMF a partire da glucosio, aprendo la strada a tutte quelle biomasse lignocellulosiche la cui componente principale è rappresentata dalla frazione cellulosica. In questo lavoro di tesi è stata accettata tale sfida, prestando particolare attenzione ai principi della Green Chemistry: è stata infatti impiegata acqua come solvente di reazione e un sistema di riscaldamento efficiente ed economico come le microonde. Per tale reazione sono stati testati diversi sistemi catalitici con caratteristiche acide: il tricloruro di alluminio esaidrato, il tetracloruro di stagno e l’allumina acida. Successivamente l’attenzione si è focalizzata su sistemi più complessi come le biomasse. Sulla base delle premesse iniziali, è stata impiegata una biomassa lignocellulosica di scarto derivante dal distretto cartario Lucense per la produzione industriale di carta “tissue”. Per le cartiere, tale scarto rappresenta prevalentemente un problema di natura economica, dovuto sia allo smaltimento che alla pulitura costante dei macchinari. Un interessante prospettiva per le aziende del settore, è quindi rappresentata dalla possibilità di trasformare un costo in un possibile guadagno. Inizialmente è stata studiata la conversione chimica acido-catalizzata della biomassa di scarto impiegando acidi minerali omogenei, allo scopo di valutare la reattività dei residui cellulosici da cartiera per l’ottenimento di “platforms chemicals”, come l’acido levulinico. In seguito sono state effettuate reazioni selettive di depolimerizzazione per ottenere miscele ricche in zuccheri semplici. Sulla biomassa di scarto è stato operato anche un pre-trattamento di tipo meccanico (ball-milling), al fine di verificare come questo potesse influire sulla resa dei prodotti d’idrolisi. Gli idrolizzati ottenuti, previa neutralizzazione, sono stati quindi utilizzati per la sintesi dell’HMF. Tale reazione, è stata condotta nelle condizioni ottimali trovate per la sintesi a partire da glucosio commerciale. La parte finale di questo lavoro di tesi, si è incentrata sull’applicazione degli idrolizzati ottenuti dalla sintesi dell’HMF in ambito conciario. Tale applicazione non è casuale, ma strategia sopratutto se relazionata alla valorizzazione del territorio. Il distretto conciario di Santa Croce sull’Arno infatti, rappresenta una voce economica importante per la regione Toscana. Tale settore, nella concezione collettiva, è considerato altamente inquinante a causa della presenza di cloruri, solfati e cromo nelle acque di scarico delle concerie. Tuttavia, bisogna ammettere che la conceria è un’attività che riduce l’inquinamento trasformando una grandissima quantità di materiale grezzo, destinato alla putrefazione e quindi alla discarica, in prodotto finito utilizzabile per una grande varietà di articoli. I sistemi concianti attualmente impiegati nell’industria conciaria, inquinano direttamente o indirettamente la salute dell’uomo e l’ambiente. Scopo di questa parte della tesi, è lo sviluppo di un nuovo sistema conciante da biomasse ad elevata compatibilità ambientale. Nel laboratorio di ricerca della professoressa Raspolli è già stata dimostrata la capacità conciante degli idrolizzati a partire da fruttosio. Per i motivi evidenziati precedentemente, di particolare interesse è l’ottenimento degli stessi risultati a partire da glucosio. Tale sistema conciante sarebbe in piena coerenza con la strategia dello sviluppo sostenibile e le decisioni comunitarie sull’economia circolare, aprendo in questo ambito, una nuova via per un’economia green e sostenibile