Analisi degli effetti del calore di reazione nella pirolisi del legno

Tra i vari tipi di biomasse, la principale è sicuramente il legno poiché è disponibile in grandi quantità ed ha proprietà chimico-fisiche tali da permettere la produzione attraverso la pirolisi, di liquidi ad elevato interesse commerciale. Esso è un materiale molto complesso sia dal punto di vista fisico che dal punto di vista chimico. Le celle che costituiscono la struttura del legno sono caratterizzate da diverse forme e dimensioni e sono fortemente vincolate le une alle altre. La maggior parte delle proprietà meccaniche del legno dipendono dalla densità, a sua volta funzione dello spessore e della dimensione delle singole celle. E’ costituito principalmente da fibre tubolari verticali in cui i vari costituenti chimici si dispongono.

Si possono individuare due grandi categorie di piante da cui si ottiene il legno: softwoods (gimnosperme) e gli hardwoods (angiosperme). Tra i softwood si individuano il pino, l’abete, la sequoia mentre tra gli hardwoods si possono citare il faggio, la quercia, il pioppo. Per entrambe le categorie, il legno è composto da celle allungate orientate principalmente nella direzione longitudinale dello stelo, connesse le une alle altre tramite aperture.

Da un punto di vista chimico, le celle di legno sono costituite principalmente da cellulosa, emicellulosa e lignina. La cellulosa forma uno scheletro circondato da altre sostanze che fungono da matrice come l’emicellulosa e da materiali incrostanti come la lignina.
Sono presenti anche composti organici a basso peso molecolari noti come estrattivi e piccole quantità di materiale minerali che costituiscono le ceneri.

La cellulosa è il costituente principale del legno ed rappresenta circa il 50% del materiale. Essa è costituita da unità di polisaccaridi lineari a base di glucosio C6H10O5 legate attraverso atomi di ossigeno dei gruppi anidri del glucosio. Un tipico grado di polimerizzazione è circa 10000 ed è insolubile in acqua. […]

L’ emicellulosa è costituita da un complesso di polisaccaridi non appartenenti alla struttura della cellulosa. Questi, insieme a quelli della cellulosa, fungono da materiale di supporto all’interno della struttura del legno. I polisaccaridi in questione sono fatti da polimeri a sei atomi di carbonio (glucosio, mannano, galattosio) e da polimeri a cinque atomi di carbonio ( xilosio e arabinosio). […]

La lignina è il materiale incrostante che funge da legante per le celle del legno e garantisce la rigidità e protezione per le piante. Il contenuto in lignina del legno è circa il 18-20 % wt. E’ resistente a molti agenti chimici ed i complessi ligneo cellulosici possono essere rotti, per separare la frazione di lignina, solo attraverso trattamenti con acidi forti come acido solforico in cui la lignina è solubile. […]