Transcript Tesina sul bioetanolo

Tesina sul bioetanolo
Filippo Cigliano
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BIOETANOLO
Indice
CAPITOLO 1
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
Introduzione al bioetanolo: definizione;
Bioetanolo di prima generazione;
Bioetanolo di seconda generazione;
Bioetanolo come carburante.
CAPITOLO 2
 Metabolita primario e secondario;
 Lieviti;
 Equazione di Monod.
CAPITOLO 3
 Cinetica del primo, secondo e terzo ordine;
 Cinetica enzimatica.
CAPITOLO 4
 Impianto di produzione;
 Trattamenti sul prodotto;
 Reattori.
BIBLIOGRAFIA
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INTRODUZIONE
In italiano:
Dall'invenzione del motore a scoppio ad oggi, di petrolio ne abbiamo
consumato molto. E quella che sembrava essere una risorsa infinita cui attingere
con generosità, ha rivelato negli ultimi decenni risvolti negativi, come la
pericolosa oscillazione dei prezzi legati al clima politico internazionale, o le
accuse in campo ambientale per le emissioni rilasciate. Se il settore petrolifero
(dall'estrazione alla distribuzione) si rifiuta di fare i conti con queste
problematiche, sarà comunque costretto nel giro di pochi anni a trovare
soluzioni alternative al petrolio perché, a quanto pare, i pozzi petroliferi non
sono senza fondo. Si calcola infatti che siano stati raggiunti i livelli di massima
disponibilità dei giacimenti petroliferi e presto l'offerta di petrolio decrescerà,
lasciando scoperta una fetta di domanda. Si chiama "picco di Hubbert" e, anche
se le opinioni sono discordi circa la data in cui verrà raggiunto, è comunque
chiaro che, anno più anno meno, l’industria petrolifera e molte altre dovranno
fare i conti con esso. La necessità, inoltre, di trovare alternative meno
inquinanti è altrettanto pressante: infatti, l'uso dei derivati del petrolio nei
trasporti produce circa il 21% dei gas serra (prima fra tutte CO2) causa del
riscaldamento globale. Allo stato attuale è impensabile limitare l'uso dei mezzi
di trasporto in misura tale da risolvere il problema delle emissioni inquinanti;
occorre piuttosto evitare che i mezzi di trasporto siano causa di queste
emissioni. Per questo motivo sono particolarmente interessanti i biocarburanti
ed i biocombustibili, dal punto di vista economico, ambientale e degli ultimi
sviluppi della ricerca. Si tratta di carburanti derivati da vegetali, siano essi semi
oleaginosi, cereali o biomasse cellulosiche.
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In inglese:
Since the invention of Spark-Ignited internal combustion engine, we've been
using a heavy amount of petroleum. And what seemed to be an infinite
resource to draw from with generosity, in the last decade has turned out to have
negative consequences, as the hazardous variation of the value tied to the
international political climate, or the accuses in the environmental field for the
released emissions. If the oilfield sector (from extraction to distribution) refuses
to deal with all these serious problems, it will be forced to find alternative
solutions to petroleum in a few years because, apparently, oil deposits aren't
bottomless. In fact it is calculated that we have already reached the maximum
level of the resource of oilfields, and soon petroleum offers will decrease,
leaving uncovered a share of the demand. It is called "Hubbert Peak", and, even
if people disagree on the probable date it will be reached, it is clear that
however, a year more a year less, that petroleum industry and even others will
have to deal with it. Furthermore, the necessity to find less polluting
alternatives is urgent; in fact the use of petroleum sub-products in transports
produces around 21% of greenhouse gases (first of all CO2) that cause global
warming. Nowadays it is unthinkable to limit the use of transport in order to
solve the problem of polluting emissions; For this reason bio-fuels and biocombustible are much better , if we consider the economic and environmental
advantage. It is about vegetable sub-products fuels, they may derive from
oleaginous, cereal or cellulose biomass.
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CAPITOLO 1
Il bioetanolo è considerato uno dei biocarburanti più promettenti nella
prospettiva della riduzione della dipendenza dai combustibili fossili tradizionali
e nel ridimensionamento dell’impatto ambientale. È definito bioetanolo,
l’etanolo (o alcol etilico) ricavato dalla biomassa e/o dalla parte biodegradabile
dei rifiuti; la sua classificazione come biocarburante di prima o di seconda
generazione è basata esclusivamente sulle materie prime impiegate, poiché le
caratteristiche del prodotto finale sono identiche. I principali produttori di
bioetanolo sono gli Stati Uniti (attraverso l’uso del mais) ed il Brasile
(attraverso l’uso della canna da zucchero), sommate le loro produzioni si
producono oltre il 90% del bioetanolo mondiale.
Bioetanolo di prima generazione:
Il bioetanolo di prima generazione è prodotto dalle materie prime di natura
zuccherina (o saccarifera) e amidacea (o amilacea), derivanti sia dalle colture
dedicate, sia dai residui agricoli e dell’industria agroalimentare. Quelle ritenute
più indicate alle condizioni climatiche italiane sono la barbabietola da zucchero
e il sorgo zuccherino, per quanto riguarda le saccarifere, e il mais, per quanto
concerne le amidacee. I residui agroalimentari, attualmente convertiti in
bioetanolo, derivano, invece, dalla fermentazione del melasso, sottoprodotto
della filiera per la produzione dello zucchero, dalla distillazione delle eccedenze
del vino e delle materie vinose e dalla fermentazione delle eccedenze di frutta.
La materia prima, tuttavia, è comune al settore alimentare, e per questo motivo
si instaura una competizione con il settore energetico, con conseguente aumento
del prezzo del mais o della canna da zucchero. Ciò si riflette ovviamente sul
costo del bioetanolo di prima generazione, il quale non risulta competitivo nei
confronti della benzina. A questo si aggiunge anche un problema di tipo etico:
l’uso di queste riserve per produrre biocarburanti andrebbe a sottrarre cibo alla
popolazione (Una delle prime critiche mosse nei confronti dei biocarburanti è
legata ai dubbi riguardanti il contrasto tra food-for-food e food-for-fuel), fatto
che risulta ancor più importante nel caso di Paesi poveri (come ancora in gran
parte lo è il Brasile stesso).
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Bioetanolo di seconda generazione:
Per questi motivi si è pensato di utilizzare un'altra fonte di glucosio molto
diffusa sul nostro pianeta e poco sfruttata dal punto di vista della produzione dei
biocarburanti: la cellulosa (anch’esso polimero di glucosio). Il vantaggio di
sfruttare la cellulosa sta nel poter adoperare piante che non abbiano alcun valore
commerciale e/o alimentare e che sono in grado di crescere in terre periferiche o
per lo meno non arabili. Il bioetanolo di seconda generazione deriva quindi
dalla fermentazione da parte del lievito del glucosio presente all’interno della
cellulosa; la loro valorizzazione risulta strategica, in considerazione del basso
valore di mercato e dell’ampia disponibilità.
Il bioetanolo come carburante
Il bioetanolo, in virtù delle sue proprietà chimiche-fisiche è in grado di
sostituire la benzina nei motori. Per alcune proprietà il bioetanolo ha un
comportamento migliore di quello della benzina. Il biocarburante evidenzia una
capacità antidetonante maggiore, poiché presenta un valore più elevato di
ottani. La volatilità del bioetanolo, espressa dalla temperatura di ebollizione e
dalla tensione di vapore, è superiore a quella della benzina, ne consegue una
miscelazione con l’aria più veloce e omogenea nel corso della carburazione, che
contribuisce a migliorare la combustione, l’avviamento a freddo del motore e le
prestazioni in accelerazione. La principale caratteristica che rende il bioetanolo
un carburante dal comportamento peggiore rispetto a quello della benzina è che
il suo contenuto energetico è inferiore a quello della benzina, infatti, per
sostituire un chilogrammo di benzina sono necessari 1,67 chilogrammi di
bioetanolo. Oltre che ad una ridotta di emissione di CO2, la combustione del
bioetanolo presenta anche una minore emissione d’idrocarburi incombusti, di
monossido di carbonio (CO), di ossidi di azoto (NOX) e di vari altri composti
organici volatili. Ciò nonostante, le maggiori emissioni di aldeidi reattive, come
l’acetaldeide e la formaldeide, destano preoccupazioni a livello ambientale, a
questo riguardo, il fattore chiave sarà la durata e l’efficienza dei sistemi
catalitici per l’abbattimento delle aldeidi. Ad oggi, tutte le auto con
catalizzatore possono utilizzare una miscela di benzina al 90% e 10% di etanolo
(E10) senza modifiche al motore. Ci sono anche nuovi motori che possono
usare etanolo puro, come anche i così detti Flexible Fuel Vehicles in grado di
funzionare con miscele variabili dallo 0% all’85% di etanolo in benzina (E85).
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CAPITOLO 2
Metaboliti primari e secondari
Fig. 1
Fig. 2
L’etanolo è un metabolita primario essendo direttamente coinvolto nei processi
di crescita e riproduzione delle cellule, di conseguenza, la produzione di etanolo
a luogo durante la fase di crescita della biomassa come indicato nella figura 1.
L’etanolo può essere prodotto da molti organismi, soprattutto lieviti e viene
utilizzato in numerose applicazioni che abbracciato il settore alimentare,
medico, cosmetico, la chimica fine e i biocombustibili.
I metaboliti primari sono sostanze essenziali per la crescita (acidi nucleici,
aminoacidi, proteine, carboidrati, lipidi, ecc.) o prodotti del metabolismo
energetico (etanolo, acetone, butanolo, ecc.); mentre i metaboliti secondari i
vengono prodotti dopo che la crescita della biomassa si è arrestata e sono una
forma di protezione del microorganismo stesso (ad esempio le tossine per
quanto riguarda gli antibiotici)
Lieviti
I lieviti sono un gruppo di funghi microscopici eucarioti unicellulari; vivono sia
in presenza che in assenza di ossigeno (quest’ultimo è importante in quanto
alcuni di essi compiono una respirazione anaerobica o fermentazione).
La parete cellulare è principalmente costituita da polisaccaridi (mannano e
glicani ramificati) e nel loro protoplasma (sede delle principali vie glicolitiche)
esistono importanti strutture che hanno spesso importanti ruoli metabolici:
 Nucleo con membrana (contenente il DNA)
 Mitocondri (in cui avviene il ciclo di Krebs e respirazione)
 Ribosomi (in cui avviene la sintesi proteica)
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 Reticolo endoplasmatico (glicosilazione di proteine)
 Vacuoli (proteolisi)
 Perossisomi ( β-ossidazione di acidi grassi)
I lieviti impiegati nel processo fermentativo del bioetanolo sono appartenenti ai
generi Saccharomyces e Candida, che hanno bisogno di disporre del D-glucosio
come substrato iniziale.
Fermentazione
La produzione per via fermentativa avviene sostanzialmente in due fasi: i lieviti
in questione producono etanolo attraverso glicolisi e poi tramite fermentazione
trasformano il piruvato in etanolo.
1a fase: avviene la crescita cellulare tramite metabolismo attraverso le reazioni
di glicolisi e ciclo di Krebs in cui l’energia prodotta viene utilizzata per
l’accrescimento dei microorganismi. In questa fase prevale l’effetto Pasteur che
consiste nello sfruttamento di ossigeno anche con piccole quantità di glucosio
per la crescita del microorganismo bloccando la fermentazione.
La crescita
cellulare avviene con un pH fra 4,5-5,5 e ad una temperatura di 30°C
con ossigeno, processo esoergonico.
C6H12O6 → CH3COCOO- → CH3COSCoA + CO2 → CO2 +H2O + ATP
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O + 38 ATP Reazione globale
2a fase: quando l’ossigeno viene a mancare la cellula utilizza grosse quantità di
glucosio (in questa fase prevale l’effetto Crabtree) producendo 2 ATP perché è
necessario più glucosio per avere lo stesso quantitativo energetico. A questo
punto il glucosio entra in fermentazione. Avviene con un pH= 4 e a T 30°C .
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La variazione del numero di individui nel tempo segue l’andamento in figura:
curva di crescita fondamentale
Fase di lag: fase in cui le cellule si devono ambientare nel processo di crescita;
Fase di log: fase in cui vi è una crescita esponenziale (seguendo una cinetica
del primo ordine) in cui N > N0;
Fase stazionaria o idiofase: (in cui segue una cinetica di ordine zero) in cui il
numero di cellule che crescono sono uguali alle cellule che muoiono;
Fase di decadimento: fase n cui le cellule morte sono in maggior numero
rispetto alle cellule che crescono.
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Equazione di Monod
L’equazione di Monod descrive l’andamento della velocità di crescita specifica
al variare della concentrazione di substrato, per condizioni fissate di aerazione,
fonti di carbonio, energia e altri nutrienti, pH e temperatura:
Cs
µ = µmax *
Ks + Cs
In cui µ è la costante specifica di crescita; la Cs è la concentrazione del
substrato che cambia nel tempo espressa in g/L; La µmax è la velocità di
accrescimento massima espressa in h-1; E infine la Ks è la costante di affinità
substrato/microorganismi, entrambi specifici del microorganismo e del
substrato ed è espressa in ppm. La velocità di crescita specifica massima si
raggiunge per valori di S >> KS, allorché KS è trascurabile e quindi µ = µmax,
mentre nella fase stazionaria si avrà µ = 0 mentre il numero di cellule rimarrà
costante.
È essenziale conoscere la Ks in quanto più è bassa e più la crescita del
microorganismo cresce siccome ci ritroviamo in una cinetica del 1°ordine.
Sotto viene riportato, in modo schematico, l’andamento grafico
dell’equazione di Monod:
Come si vede, l’equazione è perfettamente analoga a quella di Micaelis e
Menten. In effetti la velocità con cui crescono le cellule può essere vista in
relazione alla saturazione dell’enzima permeasi responsabile del passaggio della
fonte di carbonio attraverso la parete cellulare.
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CAPITOLO 3
Cinetica
La cinetica chimica studia i fattori (velocità e meccanismo) che influiscono sul
tempo richiesto affinché una data reazione giunga a completezza
Per velocità di reazione si intende la quantità di sostanza reagente che viene
consumata nell’unità di tempo o anche la quantità di sostanza che viene
prodotta nell’unità di tempo. Normalmente la quantità di sostanza, consumata o
prodotta, viene indicata mediante la sua concentrazione molare, mentre il tempo
viene espresso in secondi. Mentre per meccanismo si intende la successione di
una serie di stadi intermedi dalla somma dei quali si ottiene il processo globale.
Esistono diversi tipi di cinetica a seconda dell’ordine di reazione che è data
dalla somma degli esponenti di reazione (determinati sperimentalmente):
-è una cinetica del primo ordine se la velocità è influenzata dalla concentrazione
un solo reagente (A  prodotti)
-è una cinetica del secondo ordine se la velocità è influenzata dalla
concentrazione di due reagenti (aA + bB  prodotti)
-è una cinetica del terzo ordine se la velocità è influenzata dalla concentrazione
di tre reagenti ( 2aA + bB  prodotti)
-è una cinetica di ordine zero se la velocità è indipendente dalla concentrazione
dei reagenti
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Cinetica del primo ordine
Quella che ci interessa dal punto di vista pratico è la cinetica di primo ordine in
quanto la produzione dell’etanolo avviene secondo un metabolita primario. La
legge cinetica delle reazioni del primo ordine è data dalla seguente relazione
matematica:
da cui risulta che la velocità di reazione è direttamente proporzionale alla
concentrazione di un solo reagente anche se la reazione chimica potrebbe
coinvolgere più reagenti. In essa la costante cinetica k viene misurata in s-1:
Alla fine portando tutto in funzione di k si trova che:
Cinetica di ordine zero (enzimatica)
Quella che ci interessa dal punto di vista della produzione del bioetanolo è la
cinetica enzimatica.
Si definisce una reazione di ordine zero quelle reazioni la cui velocità è
indipendente dalla concentrazione del reagente, e quindi è costante nel tempo,
cioè;
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v = - d [A] / dt = t
separando le variabili e integrando si ottiene:
[A] = [A0] = -kt
La trasformazione da reagenti a prodotti è mediata da un enzima che ha la
funzione di combinarsi temporaneamente con il reagente (substrato) formando
un complesso attivato instabile (ES*), che poi forma il prodotto finale (P). Il
meccanismo di attivazione dell'enzima (E) consiste spesso nel collocarsi in una
particolare posizione del substrato (in genere costituito da complesse catene
proteiche) in modo da catalizzare la trasformazione del substrato (S) in prodotto
(P)
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CAPITOLO 4
Produzione del bioetanolo di prima generazione
Se si parte da cereali il processo di gran lunga più utilizzato è il Dry Grind
Process che porta alla produzione di etanolo e del sottoprodotto DDGS. Il
processo può essere diviso in cinque sezioni principali:





macinazione, cottura e liquefazione;
saccarificazione e fermentazione;
distillazione e disidratazione;
evaporazione e riciclo dell’acqua;
essicazione della frazione non fermentabile
Nella prima sezione la granella di mais viene macinata a granuli di diametro
inferiore ai 2 mm, per facilitare la penetrazione dell’acqua, lo slurry così
ottenuto viene cotto utilizzando vapore a 4 bar a 110°C che ha la duplice
funzione di sterilizzare lo slurry e rompere la struttura cristallina dell’amido,
favorendo l’adsorbimento dell’acqua. Con l’aumento della temperatura i granuli
di amido si gonfiano e vanno incontro al processo di gelificazione. La
gelificazione comporta un aumento della viscosità e lo slurry assume una
consistenza gelatinosa. La successiva fase di liquefazione serve a ridurre la
viscosità dello slurry. Essa viene realizzata mediante l’aggiunta di enzimi αamilasi, aggiunti che servono a rompere i legami α-1,4 glucolamilici e
amilopeptidici. Prima di entrare nella sezione successiva lo slurry viene
raffreddato a 35°C. Nella seconda fase viene aggiunto l’enzima gluco-amilasi e
lo slurry viene inviato al fermentatore. Una volta all’interno del fermentatore lo
slurry prende il nome di mash. Le due operazioni di saccarificazione e
fermentazione avvengono in simultanea nello stesso reattore. Al termine
dell’idrolisi si procede con la fermentazione alcolica, nel quale il glucosio viene
immediatamente convertito in etanolo e anidride carbonica dal lievito
Saccharomices Cerevisiae. Oltre alla reazione principale avvengono altre
reazioni secondarie che portano alla formazione di prodotti indesiderati quali
metanolo, acetaldeide, butanolo, acido acetico e glicerolo. L’anidride carbonica
che si forma nel reattore viene in gran parte spurgata, mentre quella che rimane
disciolta nella birra viene rimossa da un degasatore a valle del reattore. Lo
spurgo è sottoposto ad un trattamento di scrubbing che serve a recuperare le
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tracce di etanolo presenti in esso e l’acqua, con il prodotto viene riciclata a
monte.
Il brodo di fermentazione presenta una concentrazione di etanolo pari a circa il
15% in volume. Nella successiva fase di distillazione e disidratazione l’etanolo
viene dapprima sottoposto a una distillazione frazionata fatta con più colonne
energeticamente integrate, quindi viene sottoposto ad un trattamento su setacci
molecolari per raggiungere la purezza richiesta per impieghi motoristici (pari al
99.8%w). I residui solidi non fermentabili sono sottoposti a centrifugazione per
ottenere uno slurry chiamato Wet Distillers Grains (WDG) e una sospensione di
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solidi detta thin stillage. Il thin stillage viene inviato ad una serie di evaporatori
a multiplo effetto che portano alla formazione di uno sciroppo contenente il
35%w di solidi sospesi che viene di nuovo mescolato con il WDG. L’ultima
fase consiste nell’essiccare il tutto fino a raggiungere un’umidità complessiva
del 10% ottenendo il DDGS, che può essere usato come mangime per i bovini.
Produzione del bioetanolo di seconda generazione
Questo tipo di biomasse è formato da tre principali componenti: la cellulosa,
l’emicellulosa e la lignina, di cui i primi due sono composti da catene di
molecole zuccherine. Per ottenere l’etanolo da questi materiali, i carboidrati
devono essere idrolizzati a zuccheri monometrici che vengono poi inviati alla
fermentazione. In questa fase la biomassa può essere sottoposta a due tipi di
processo: l’idrolisi acida e l’idrolisi enzimatica. quest’ultima deve essere
preceduta da una fase di pretrattamento per rendere il materiale lignocellulosico adatto all’attacco enzimatico. Esistono diversi processi che
differiscono per il tipo di pretrattamento utilizzato, quello più comune è il
processo DAP (Diluite Acid Pre-hydrolysis), in questo processo possiamo
individuare tre fasi principali:
 Pretrattamento della biomassa
 Saccarificazione e fermentazione
 Distillazione e disidratazione
La fase di pretrattamento consiste in due operazioni principali: la macinatura e
la pre-idrolisi. La macinatura serve a ridurre la dimensione della biomassa e
facilitare l’operazione successiva. Ridurre le dimensioni della biomassa fa
infatti aumentare l’area specifica e questo fa diminuire i tempi di permanenza
richiesti. La pre-idrolisi consiste nel trattare la biomassa con una soluzione
diluita di acido solforico ad elevata temperatura (190°C) per n tempo che varia
tra i 2 e i dieci minuti a seconda della biomassa. Lo scopo di questa operazione
è quello di trasformare l’emicellulosa in zuccheri solubili, principalmente
xilosio, mannosio, arabinosio e galattosio; e di solubilizzare la lignina
esponendo così la cellulosa all’attacco enzimatico che verrà realizzato nella fase
successiva. In questa fase si producono anche alcuni sottoprodotti indesiderati,
quali acetaldeide, acido acetico, e altre sostanze potenzialmente dannose alla
fase di fermentazione, che vengono rimosse attraverso un flash posto subito
dopo il reattore di pre-idrolisi. L’acido solforico viene rimosso aggiungendo
della calce che va a neutralizzarlo promuovendo la formazione di gesso che
viene separato per filtrazione.
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La seconda fase consiste nell’idrolisi enzimatica (o saccarificazione) e nella
fermentazione dello slurry che avvengono separatamente. L’idrolisi enzimatica
ad opera dell’enzima cellulasi avviene in cinque reattori in serie e serve a
convertire la cellulosa in glucosio. La fermentazione degli zuccheri ad etanolo
avviene in cinque fermentatori anaerobici in serie ad opera del lievito
Zymomonas Mobilis in grado di convertire il glucosio e lo xylosio in etanolo.
Al termine della fase di saccarificazione e fermentazione il brodo di
fermentazione, che contiene circa il 6% w di etanolo, viene inviato alla fase di
purificazione.
I residui solidi composti principalmente da lignina vengono bruciati in una
stazione CHP (Combined Heat and Power) di cogenerazione di vapore ed
energia, che riesce a produrre tutto il vapore e l’energia elettrica richiesta
dall’impianto determinando anche un eccesso di elettricità che può essere
venduta.
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I BIOREATTORI
Selezione del bioreattore: batch e fed-batch
La produzione di lieviti in reattori discontinui richiederebbe concentrazioni
iniziali di zucchero elevate per allungare la durata dei cicli produttivi, riducendo
l’incidenza dei tempi morti. Tuttavia, l’impossibilità di raggiungere alte
concentrazioni di etanolo rende inutile aumentare la concentrazione iniziale di
zuccheri al di sopra di 150 g/L. E’ dunque inevitabile che i cicli produttivi siano
brevi(48-76 ore), e che l’incidenza sui tempi morti di lavorazione sull’economia
del processo sia significativa. I limiti sulla concentrazione di etanolo ottenibile
rendono poco appropriato anche l’impiego di reattori semicontinui. Anche in
questo caso i cicli produttivi avrebbero durata limitata
Selezione del bioreattore: bioreattori CSTB
L’impiego di bioreattori CSTB (continui miscelati) consente di ridurre i tempi
morti, e di aumentare la produttività, per effetto della costanza delle condizioni
operative. Tuttavia, la produzione lenta di biomassa determina un basso valore
della portata di wash-out. Inoltre, gli effetti dell’inibizione da etanolo sono
massimizzati, dal momento che in ogni punto del reattore la concentrazione di
alcol è pari a quella della corrente in uscita; per ridurre questi effetti è possibile
impiegare più CSTR in serie. La separazione della biomassa a valle del reattore
ed il suo parziale riciclo consentono di aumentare la portata di wash-out, e
dunque di ottenere una produttività maggiore.
Selezione del bioreattore: bioreattori PFB
I bioreattori PFB (a flusso con pistone) vengono utilizzati con biomassa
immobilizzata, per eliminare le limitazioni conseguenti ad una bassa portata di
wash out. Determinano un profilo di concentrazione del prodotto che cresce
gradualmente dalla sezione di ingresso a quella di uscita, rendendo gli effetti
tossici dell’etanolo meno significativi rispetto al caso del CSTB. La formazione
di un biofilm sui supporti solidi può determinare la progressiva occlusione del
reattore.
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Downstream
Centrifugazione e filtrazione, per separare la biomassa dai componenti non
fermentabili del terreno di coltura.
Distillazione per il recupero dell’etanolo. La corrente in uscita dal bioreattore
contiene etanolo in concentrazione prossima al 10% (v/v). Attraverso la
distillazione si ottiene una miscela azeotropica al 95% (v/v). Il residuo della
distillazione (vinassa) viene utilizzato come fertilizzante. Il costo della
distillazione si riduce al crescere della concentrazione di etanolo nella corrente
di uscita dal reattore. Dopo la fermentazione si passa alla distillazione e alla
disidratazione. Queste ultime due fasi consentono al bioetanolo di essere
utilizzato come combustibile fossile e possono essere condotte con diverse
tecniche:
Distillazione azeotropica: è articolata in due operazioni, la distillazione chimica
propriamente detta, che consente l’estrazione del bioetanolo, delle altre sostanze
volatili e di una certa quantità di acqua, e la rettifica, che permette
l’eliminazione delle sostanze volatili e dell’acqua. La rettifica si avvale
dell’impiego di un solvente, generalmente benzene, che separa le diverse fasi
liquide all’interno di un sedimentatore.
Disidratazione per evaporazione: si avvale di membrane selettive, che
consentono di sottrarre al bioetanolo l’acqua e le altre sostanze volatili presenti
in forma di vapore nel corso della distillazione.
Disidratazione per osmosi inversa: l’acqua passa da una soluzione più
concentrata di bioetanolo a una meno concentrata, grazie all’applicazione di una
pressione uguale o superiore a quella osmotica.
Disidratazione con setacci molecolari per ottenere etanolo in concentrazione
prossima al 99% (v/v).
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BIBLIOGRAFIA
http://www.bp.com/statisticalreview
http://www.tesionline.it
http://www.studenti.it
http://it.wikipedia.org/wiki/Bioetanolo
http://www.nextville.it/Bioetanolo/634/Cose_e_come_si_ottiene
http://www.cti2000.it/Bionett/BioNett_Bioethanol_ITA.pdf
http://www.nannimagazine.it/articolo/2242/Biocarburanti-pro-e-contro-dei-sostituti-del-petrolio
https://www.youtube.com/watch?v=Bz7t8K9jsaQ
http://users.unimi.it/~dmora/materiali/Lezione4mg.pdf
http://www.istitutomaserati.it/sito_energia/bioetanolo/cos%27%C3%A8.html
http://www.lescienze.it/
appunti di complementi di chimica/fisica
appunti di organica
appunti di impianti
libro “Chimica fisica” di Sergio Pasquetto, Luigi Patrone
libro “biotecnologie e chimica delle fermentazioni” di Alberto Tagliaferri e Celeste Grande
libro di “tecnologie chimiche industriali” di S. Natoli e M. Calatozzolo
http://www.my-personaltrainer.it/farmacognosia/27biotecnologie10.html
http://abe-research.illinois.edu/pubs/k_rausch/Singh_etal_Modified_Dry_grind.pdf
http://www.nrel.gov/docs/fy99osti/26157.pdf
http://www.oilproject.org/lezione/biotecnologie-energie-rinnovabili-bioetanolo-carburante-cellulosa-maiszucchero-5714.html
http://www.orizzontenergia.it/articoli.php?id_articoli=31
http://www.federica.unina.it/ingegneria/ingegneria-bioconversioni/produzione-bioetanolo/
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