La sottofiliera 'Destrutturazione/idrolisi' analizzata nell'ambito del progetto Biofeedstock fa riferimento ai principali processi della bioraffineria sugar-based. Questa tipologia di processi si è tradizionalmente sviluppata per la produzione di bio-etanolo a partire da colture di biomasse dedicate. Uno schema a blocchi rappresentativo dei processi fondamentali della bioraffineria sugar-based è riportato in Figura 1. Tale approccio di bioraffinazione prevede: - il pretrattamento e il frazionamento della biomassa (destrutturazione del raw feedstock) - l'idrolisi enzimatica della biomassa pretrattata (biofeedstock 1) eventualmente integrato con la produzione di enzimi cellulolitici) - la fermentazione dell'idrolizzato enzimatico (biofeedstock 2) da parte di opportuni microrganismi - la separazione dei prodotti bio-based (ad es. etanolo, butanolo) nella sezione di downstream. Lo scopo del processo è quindi la trasformazione della frazione di polisaccaridi della biomassa in zuccheri monomerici solubili in acqua e utilizzabili dai microrganismi (lieviti o batteri) per la fermentazione e quindi la produzione di composti bio-based. Tra questi composti il bio-etanolo è quello per cui il processo è stato sviluppato in origine (bioraffinerie di prima generazione) a partire da colture dedicate. L'attuale impiego delle bioenergie (fino al 70% delle energie rinnovabili) (IRENA 2020), e quindi lo sviluppo dei processi di bioraffineria, ha spinto la ricerca scientifica e industriale ad interessarsi delle biomasse residuali come materie prime di seconda generazione (multi-feedstock) e la produzione (multi-product) di ulteriori commodities in aggiunta ai bio-combustibili a base di alcoli (99.8 106 ton/anno) tra cui gli acidi carbossilici (2.9 106 ton/anno) e i biopolimeri (0.2 106 ton/ anno) (de Jong et al., 2020). Nelle sezioni successive sono discussi gli aspetti processistici e le tecnologie impiegate nei principali passaggi elencati in Figura 1. La sezione 2 affronta la problematica della variabilità della composizione dei raw feedstock, la molteplicità delle soluzioni sviluppate per il processo di pretrattamento o 'delignificazione', e le strategie per la massimizzazione delle rese e delle concentrazioni di zuccheri a valle dell'idrolisi enzimatica. Le caratteristiche del prodotto liquido ottenuto -l'idrolizzato-sono discusse nella sezione 3 con riferimento sia alle concentrazioni di zuccheri sia alla presenza di composti 'inibitori' derivati dalla decomposizione dell'emicellulosa e della lignina. Nella sezione 4 si riporta una panoramica delle possibili soluzioni in fase di sviluppo su scala di laboratorio o pilota per la valorizzazione degli scarti a base di lignina derivati dal processo di frazionamento della biomassa. Infine, nella sezione 5 si fa cenno ad alcune analisi tecnico-economiche di casi di studio pertinenti alla filiera sugar-based e al quadro normativo vigente nella prospettiva di fornire ulteriore supporto allo sviluppo e implementazione di nuovi siti delocalizzati e centralizzati di bioraffinazione delle biomasse residuali.
PRODUZIONE DI INTERMEDI BIOGENICI DA DESTRUTTURAZIONE/ IDROLISI DI BIOMASSE LIGNOCELLULOSICHE
Maria Elena Russo;
2023
Abstract
La sottofiliera 'Destrutturazione/idrolisi' analizzata nell'ambito del progetto Biofeedstock fa riferimento ai principali processi della bioraffineria sugar-based. Questa tipologia di processi si è tradizionalmente sviluppata per la produzione di bio-etanolo a partire da colture di biomasse dedicate. Uno schema a blocchi rappresentativo dei processi fondamentali della bioraffineria sugar-based è riportato in Figura 1. Tale approccio di bioraffinazione prevede: - il pretrattamento e il frazionamento della biomassa (destrutturazione del raw feedstock) - l'idrolisi enzimatica della biomassa pretrattata (biofeedstock 1) eventualmente integrato con la produzione di enzimi cellulolitici) - la fermentazione dell'idrolizzato enzimatico (biofeedstock 2) da parte di opportuni microrganismi - la separazione dei prodotti bio-based (ad es. etanolo, butanolo) nella sezione di downstream. Lo scopo del processo è quindi la trasformazione della frazione di polisaccaridi della biomassa in zuccheri monomerici solubili in acqua e utilizzabili dai microrganismi (lieviti o batteri) per la fermentazione e quindi la produzione di composti bio-based. Tra questi composti il bio-etanolo è quello per cui il processo è stato sviluppato in origine (bioraffinerie di prima generazione) a partire da colture dedicate. L'attuale impiego delle bioenergie (fino al 70% delle energie rinnovabili) (IRENA 2020), e quindi lo sviluppo dei processi di bioraffineria, ha spinto la ricerca scientifica e industriale ad interessarsi delle biomasse residuali come materie prime di seconda generazione (multi-feedstock) e la produzione (multi-product) di ulteriori commodities in aggiunta ai bio-combustibili a base di alcoli (99.8 106 ton/anno) tra cui gli acidi carbossilici (2.9 106 ton/anno) e i biopolimeri (0.2 106 ton/ anno) (de Jong et al., 2020). Nelle sezioni successive sono discussi gli aspetti processistici e le tecnologie impiegate nei principali passaggi elencati in Figura 1. La sezione 2 affronta la problematica della variabilità della composizione dei raw feedstock, la molteplicità delle soluzioni sviluppate per il processo di pretrattamento o 'delignificazione', e le strategie per la massimizzazione delle rese e delle concentrazioni di zuccheri a valle dell'idrolisi enzimatica. Le caratteristiche del prodotto liquido ottenuto -l'idrolizzato-sono discusse nella sezione 3 con riferimento sia alle concentrazioni di zuccheri sia alla presenza di composti 'inibitori' derivati dalla decomposizione dell'emicellulosa e della lignina. Nella sezione 4 si riporta una panoramica delle possibili soluzioni in fase di sviluppo su scala di laboratorio o pilota per la valorizzazione degli scarti a base di lignina derivati dal processo di frazionamento della biomassa. Infine, nella sezione 5 si fa cenno ad alcune analisi tecnico-economiche di casi di studio pertinenti alla filiera sugar-based e al quadro normativo vigente nella prospettiva di fornire ulteriore supporto allo sviluppo e implementazione di nuovi siti delocalizzati e centralizzati di bioraffinazione delle biomasse residuali.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
