Degradazione termica di biomasse lignocellulosiche in acido fosforico

Abstract

La lignocellulosa è la più abbondante fonte rinnovabile per la produzione di bioetanolo. Sfortunatamente la produzione di biocarburanti liquidi da scarti lignocellulosici presenta molti inconvenienti a causa della compattezza e della complessità di questi materiali, caratteristiche che rendono molto più difficoltosa la loro degradazione enzimatica in zuccheri fermentabili rispetto ad altri biopolimeri come l’amido. Inoltre il costo della produzione di bioetanolo da biomasse lignocellulosiche è ancora molto alto rispetto a quello dei processi industriali che utilizzano come materiale di partenza l’amido. Obiettivo del presente studio è quello di testare su campioni di biomassa lignocellulosica un metodo di degradazione acida messo a punto sulla cellulosa microcristallina, al fine di ottenere zuccheri fermentabili per la produzione di bioetanolo. La biomassa utilizzata in questo studio è ottenuta dalla potatura di viti. Un’aliquota di biomassa viene posta in acido fosforico e riscaldata a 80°C per un tempo variabile nell’intervallo 15-300 minuti. Il supernatante viene separato ed analizzato mediante analisi colorimetrica per individuare la concentrazione di zuccheri riducenti. Il residuo solido viene prima lavato, poi seccato ed infine analizzato in spettroscopia CPMAS 13C NMR. Il risultato delle indagini colorimetriche ha mostrato che a circa 120 minuti si raggiunge il massimo della concentrazione di zuccheri riducenti. A partire da 150 minuti si osserva la diminuzione della concentrazione di zuccheri dovuta alla degradazione degli stessi come descritto già in Butera et al. (2011). Le analisi in spettroscopia CPMAS 13C NMR hanno messo in evidenza come il trattamento in acido fosforico consenta l’estrazione della cellulosa dalla biomassa solida. Infatti gli spettri NMR della componente solida dopo 60 minuti di trattamento contengono unicamente segnali di lignina. Questi risultati hanno trovato conferma nelle misure di rilassometria FFC NMR condotte sulla biomassa tal quale e sui solidi sottoposti ad idrolisi acida. Dopo trattamento con acido fosforico si osserva una diminuzione del T1(H) seguita da un progressivo aumento. La diminuzione è attribuibile al fatto che si ha depolimerizzazione dovuta all’idrolisi acida della cellulosa e dell’emicellulosa, i principali componenti delle biomasse lignocellulosiche. Man mano che si allontana il residuo polisaccaridico, si ottiene un innalzamento del T1(H) perché si «isola» la lignina altro polimero funzionale del residuo usato per questi esperimenti.