Sinergia di tecnologie verdi per la produzione catalitica ed uso di composti chimici ad alto valore aggiunto, monomeri, solventi, platforms e materiali da biomassa vegetale" (acronimo GREENSYNCHEM)

GreenSynChem è allineato con le politiche nazionali nel campo della bioeconomia e dell'economia circolare. In particolare, l'area tematica 5 "Chimica verde" del PNR 2015-2020, che si declina nel bacino prioritario di utilizzo delle competenze identificato dalla Strategia Nazionale di specializzazione Intelligente come "Industria intelligente e sostenibile, energia e ambiente", viene indicata come Area ad Alto Potenziale, per la quale cioè l'Italia possiede competenze distintive, da sostenere con l'obiettivo di aumentarne la ricaduta industriale. In linea generale, l'applicazione dei principi di "economia circolare", alla base di un uso sostenibile delle risorse, e nel caso specifico delle materie prime che alimentano l'industria chimica di base e degli intermedi, implica da una parte un approccio di valorizzazione dei "rifiuti" delle produzioni industriali (per esempio, quelle del settore alimentare), che ottengono così la qualifica di materia prima secondaria, dall'altra un utilizzo delle biomasse (materie prime rinnovabili) per la produzione delle cosiddette platform chemicals - in analogia ai building blocks per la industria chimica da fonti fossili - a loro volta punto di partenza per la produzione di una vasta gamma di prodotti chimici, eventualmente in associazione alla produzione di bio-additivi per combustibili. Ulteriori traiettorie sono la valorizzazione diretta della CO2, e il riciclo dei manufatti e la loro trasformazione mediante processi di "rigenerazione chimica" per la ricostituzione dei reagenti/materie prime di partenza. I prodotti chimici ottenibili da biomasse mediante processi di trasformazione che rispondono ai principi della Chimica Verde sono numerosi, includono per esempio solventi, monomeri, vernici, coloranti, tensioattivi, cosmetici, lubrificanti, plastificanti ed altri. L'attuale volume produttivo di composti bio-based in EU è pari a circa 4.5 Mton/anno; questa costituisce ad oggi una frazione minoritaria (pari a circa il 3%) del volume totale, ma è destinato ad aumentare rapidamente e raddoppiare entro il 2025. Tra questi, i monomeri e i solventi sono senza dubbio tra le più importanti, se non le più importanti, categorie di prodotti, in considerazione, per esempio, dei volumi di manufatti polimerici attualmente prodotti in Italia e, in generale, in EU. È importante ricordare che la componente bio-based, intesa come utilizzo di materie prime rinnovabili per la produzione di composti chimici, rappresenta solo uno degli aspetti attraverso i quali si declina la Chimica Verde, e che vengono utilizzati nel progetto GreenSynChem. La ricerca di nuove tecnologie che rispondano ai requisiti della Chimica Verde deve necessariamente accompagnare ed integrarsi con l'utilizzo delle biomasse, o dei rifiuti e scarti di altre produzioni (materie prime seconde), per raggiungere l'obiettivo che la bio-economy si prefigge. In questo senso, aspetti distintivi del progetto sono: a) L'utilizzo di catalizzatori, sia omogenei che eterogenei, inclusi eventualmente biocatalizzatori, per la trasformazione selettiva delle materie prime di origine rinnovabile (per esempio, lignocellulosa, oli vegetali ed animali, ed altri) a platform chemicals e da questi a composti chimici. L'utilizzo di catalizzatori opportunamente progettati pemette di conseguire le trasformazioni desiderate con elevata selettività, minimizzando cioè la formazione di sotto-prodotti. In un'ottica di economia circolare, è possibile anche progettare la valorizzazione dei prodotti non desiderati, integrando i processi e le tecnologie e infine diversificando le tipologie di prodotti ottenibili. L'utilizzo di elettrocatalizzatori e fotocatalizzatori, eventualmente in reattori di concezione avanzata, permette l'integrazione del processo di trasformazione "verde" con un utilizzo delle risorse energetiche rinnovabili, per esempio dell'energia elettrica da fonte solare. b) L'utilizzo di tecnologie a flusso (flow-chemistry), in alternativa a tecnologie di tipo discontinuo, queste ultime caratterizzate da operazioni non stazionarie. Questo permette di realizzare produttività superiori, e soprattutto di conseguire vantaggi in termini di automazione della produzione, gestione mediante analisi di dati raccolti in condizioni stazionarie, in accordo al principio di digitalizzazione delle procedure, con conseguente aumento della sicurezza e abbassamento del rischio associabile alle produzioni industriali, in risposta ai criteri della "sicurezza intrinseca", che rappresenta uno degli aspetti più importanti attraverso cui si esplica la Chimica sostenibile. c) Valutazione delle procedure adottate con un principio di Life-Cycle-Assessment, che permetta il confronto con le tecnologie attualmente utilizzate in un'ottica di "from-cradle-to-grave", e ne evidenzi quindi i reali vantaggi in termini di sostenibilità. Questa analisi viene idealmente integrata con una analisi di sostenibilità economica e sociale. Infine, è utile ricordare che nel documento Bioeconomy in Italy (BIT-a new bioeconomy strategy for a sustainable Italy, di recente aggiornamento), la tematica di utilizzo delle materie prime rinnovabili e dei rifiuti (biowaste) costituisce la forza trainante per l'applicazione dei principi della sostenibilità