Sintesi simultanea FAME ed acetil esteri della glicerina

Sintesi simultanea FAME ed acetil esteri della glicerina

Il presente scritto di Tesi riassume l’attività di tirocinio svolta (dal Luglio 2008 al Dicembre 2008) nel Centro Ricerche per le Energie non Convenzionali – Istituto ENI Donegani – (Eni S.p.A.) a Novara.
L’obbiettivo della tesi è lo studio della sintesi simultanea di esteri metilici di acidi grassi (FAME) ed acetil esteri della glicerina (triacetina) per mezzo di una reazione di transesterificazione a partire da trigliceridi e acetato di metile.

Transesterificazione del trigliceride con acetato di metile
La reazione studiata è la transesterificazione di un trigliceride a catena corta (tributirrina) o lunga (trioleina o olio di oliva) con acetato di metile a dare gli esteri metilici degli acidi grassi (FAME, fatty acids methyl esters) e triacetina.
Lo studio si è composto in 4 passaggi, dove la parte principale e maggiore è stata il lavoro sperimentale per lo screening dei catalizzatori.

1. Prove Motoristiche
Il prodotto della reazione di transesterificazione tra oli vegetali e acetato di metile è una miscela contenente FAME (81% in peso) e triacetina (19% in peso), nel caso in cui si arrivi a conversione completa di tutti i reagenti. La miscela (80+20, FAME+triacetina) è stata testata come combustibile in prove di simulazione motoristica presso il Centro Ricerche per i Carburanti dell’Eni a San Donato Milanese (MI).
I test effettuati sulla miscela FAME + triacetina hanno permesso di concludere che tale miscela può essere usata come combustibile del biodiesel per autotrazione.

2. Calcoli Termodinamici
Si è cercato di approssimare i dati sperimentali di resa in metil estere (ME) e in triacetina (TAG) mediante un calcolo teorico basato sulle proprietà termodinamiche del sistema di reazione. Infatti, la reazione di interesse può essere scomposta in una serie di equazioni multiple successive, ognuna caratterizzata da una costante di equilibrio, K, e da un, ΔH° di reazione.
I calcoli termodinamici mediante l’analisi delle costanti di equilibrio della serie di reazioni presenti nel sistema hanno permesso di concludere che il limite termodinamico di equilibrio della reazione complessiva non è limitante allo scopo di ottenere alte rese di reazione. Di conseguenza, queste dipendono dall’attività del catalizzatore e/o dal tipo di catalisi.

3. Disegno Sperimentale
E’ noto come le attività dei catalizzatori di transesterificazione siano fortemente influenzate dal tipo di condizioni operative adottate; a tal proposito l’individuazione delle condizioni operative più adatte per la reazione di interesse ha richiesto uno studio statistico preventivo.
Lo studio statistico ha permesso di focalizzare l’attenzione sulle variabili importanti per la reazione, rispetto alle condizioni di partenza. È stato trovato che la variabile più influente è la concentrazione del catalizzatore.

4. Screening Catalitico
Allo scopo di trovare il migliore sistema catalitico per tale reazione, è stato effettuato uno screening di catalizzatori selezionati da:
- acidi inorganici (sia omogenei che eterogenei); i risultati ottenuti hanno evidenziato che i catalizzatori più attivi sono caratterizzati da valori di acidità più elevata (ac.3FMS e Nafion): più forte è l’acidità e più alte sono le conversioni e le rese;
- basi inorganiche/organiche (sia omogenee che eterogenee); i risultati ottenuti hanno permesso di concludere che i catalizzatori più attivi sono le basi di Bröensted (metilato di Na e tert-butilato di K) che, secondo il meccanismo di reazione ipotizzato, favoriscono la formazione della specie cataliticamente attiva, lo ione CH3-O-;
- enzimi (lipasi); i risultati hanno individuato il catalizzatore più attivo nella lipasi da Candida antarctica. Questo enzima è risultato essere anche il catalizzatore migliore in assoluto nel caso della trioleina (olio di oliva).

L’attività svolta si inserisce in un contesto più ampio finalizzato allo studio di nuovi metodi, potenzialmente industrializzabili, per la produzione di componenti per il diesel in un unico stadio, partendo direttamente dai trigliceridi senza la co-produzione di glicerolo. Gli sviluppi dell’attività nell’immediato futuro possono riguardare principalmente la sintesi di nuovi additivi per diesel da fonte rinnovabile al fine di minimizzare l’impatto ambientale (produzione di gas serra) e l’efficienza dei motori per autotrazione.