Analisi di un processo di produzione di bio-aromatici dalla lignina

A causa della crescente riduzione delle disponibilità delle risorse petrolifere, della loro non rinnovabilità, dell’aumento dei loro costi e del concomitante incremento dei problemi ambientali connessi alla loro utilizzazione, incremento accompagnato da una crescente ed efficiente tutela dell’ambiente, oggi diventa necessario poter disporre di una risorsa conveniente e rinnovabile per l’approvvigionamento dell’industria chimica e la produzione di energia. Sono molte le vie che l’uomo ha intrapreso allo scopo di gestire il problema ambientale. Tra queste, la comunità scientifica si sta spingendo verso lo sviluppo del concetto di bioraffineria. Per bioraffineria si intende un processo volto a convertire le biomasse in carburanti, energia, calore e prodotti chimici ad alto valore aggiunto. In altre parole, basandosi sul principio dello “sviluppo sostenibile”, intende proporre delle valide alternative ai “vecchi” carburanti e prodotti a base di petrolio. La bioraffineria tratta le biomasse, ovvero sostanze organiche, di derivazione animale o vegetale, destinate a fini energetici o produttivi, in quanto “magazzini” di energia solare. Tra le possibili alternative alla petrolchimica, i materiali lignocellulosici sono considerati un’ottima sorgente di biomassa rinnovabile. Questi materiali sono essenzialmente composti da cellulosa, emicellulosa, lignina, estrattivi e ceneri e rappresentano un’abbondante risorsa “carbon-neutral”, quindi a impatto nullo in relazione al bilancio atmosferico del carbonio. Pur essendo ancora lontani da una soluzione definitiva, l’uso delle risorse lignocellulosiche si è imposto come un plausibile sostituto del petrolio per la produzione di “fuels” (bioetanolo) e “chemicals”. Nelle piattaforme di bioraffineria, avviene la depolimerizzazione della cellulosa a glucosio (dopo opportuno pretrattamento per la riduzione della recalcitranza all’idrolisi della cellulosa), dal quale per fermentazione si ottiene l’etanolo. Il sotto-prodotto principale del processo di bioraffinazione è la lignina. La lignina, la più grande fonte rinnovabile di biopolimero aromatico sulla Terra, che rappresenta il 15-40% del peso secco nella maggior parte delle piante, tuttavia, è per lo più considerata un sottoprodotto di basso valore nella maggior parte dei processi di bioraffineria. Una delle principali fonti di lignina è fornita dal produttore di pasta e carta, dove solo il 5% della lignina di scarto è stato impiegato per combustibili di bassa qualità per applicazioni di calore ed energia attraverso combustione. Chimicamente la lignina è una macromolecola poliaromatica. La complessità e la ricchezza dei suoi gruppi funzionali la rende attraente per la conversione in una varietà di prodotti a valore aggiunto come fibra di carbonio ad alte prestazioni, bio-olio, vanillina e resina fenolica per citarne alcuni, ma anche idrocarburi multifunzionali e syngas che attualmente sono derivati dal petrolio. Nonostante una crescente ricerca sulle possibilità di convertire la lignina in prodotti chimici commerciali, materiali e carburante, attualmente la maggior parte della lignina prodotta dall'industria della carta viene bruciata come low-value combustibile per generare elettricità e calore, e solo meno del 2% viene utilizzato per la produzione di prodotti chimici speciali come disperdenti, adesivi, tensioattivi e altri prodotti a valore aggiunto. Lo sviluppo di un prodotto derivato dalla lignina a valore aggiunto può aiutare a rendere più redditizie le bioraffinerie di seconda generazione e l’industria della carta, valorizzando il sottoprodotto lignina. Tuttavia, nonostante abbia molte potenziali applicazioni e molte sono le ricerche condotte a riguardo, la lignina ancora non viene ampiamente utilizzata su scala industriale. Il problema della lignina è la sua struttura amorfa altamente ramificata, cioè difficile da scomporre nei suoi monomeri, e il fatto che il suo isolamento dagli altri componenti della lignocellulosa comporta un’inevitabile modifica della sua composizione. Tutto ciò complica il processo di depolimerizzazione, e quindi la resa in prodotti ad alto valore aggiunto. Gli scienziati stanno cercando di sormontare questi problemi inventando e sperimentando processi che convertano la lignina in prodotti preziosi, con una cura dell’impatto ambientale a fare da sfondo.