La ricerca nel campo dei biocarburanti ha compiuto un passo da gigante grazie all’introduzione di una nuova tecnologia di pretrattamento della biomassa, nota come CELF. Questa innovazione, ideata dal Professore Associato di Ricerca Charles Cai dell’Università della California a Riverside (UCR), promette di rendere la produzione di biocarburanti avanzati economicamente sostenibile e neutra dal punto di vista delle emissioni di carbonio.
Uno degli ostacoli principali nella conversione delle piante in combustibile è sempre stata la fase iniziale: la decomposizione del materiale vegetale. La lignina, uno dei principali componenti delle pareti cellulari delle piante, conferisce loro integrità strutturale e resistenza agli attacchi microbici. Tuttavia, queste stesse proprietà rendono difficile l’estrazione e l’utilizzo della lignina dalla biomassa.
Per superare questo ostacolo, il Prof. Cai ha inventato la tecnologia CELF, acronimo di “co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation”. Questo metodo prevede l’uso di tetraidrofurano (THF) per integrare l’acqua e l’acido diluito durante il pretrattamento della biomassa, migliorando l’efficienza complessiva e aggiungendo capacità di estrazione della lignina. Il THF può essere prodotto anche dagli zuccheri della biomassa.
Un importante articolo pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Science dettaglia i benefici economici e ambientali di una bioraffineria CELF rispetto ai carburanti basati sul petrolio e ai metodi precedenti di produzione di biocarburanti.
Le operazioni di produzione di biocarburanti di prima generazione utilizzano colture alimentari come mais, soia e canna da zucchero come materie prime. Queste materie prime, tuttavia, sottraggono terra e acqua alla produzione alimentare, rendendo il loro uso per i biocarburanti non ideale. Le operazioni di seconda generazione, invece, utilizzano biomasse non edibili come materie prime. Esempi di biomasse includono residui di legno, bagasse di canna da zucchero o stocchi di mais, tutti sottoprodotti abbondanti e a basso costo di operazioni forestali e agricole.
La ricerca ha dimostrato che una bioraffineria CELF può utilizzare più completamente la materia vegetale rispetto ai metodi precedenti, rendendo preferibile l’uso di una biomassa più densa e ricca di carbonio come il pioppo rispetto a materie prime meno dense come lo stocco di mais. Utilizzando il pioppo in una bioraffineria CELF, i ricercatori hanno dimostrato che il carburante per aviazione sostenibile potrebbe essere prodotto a un prezzo di pareggio di soli 2,80 euro per litro equivalente di benzina. Il costo medio attuale per un litro di carburante per jet negli Stati Uniti è di 5,28 euro.
Il governo degli Stati Uniti emette crediti per la produzione di biocarburanti sotto forma di numeri di identificazione rinnovabili, un sussidio volto a rafforzare la produzione domestica di biocarburanti. A questo prezzo per credito, l’articolo dimostra che si può prevedere un tasso di rendimento superiore al 20% dall’operazione.
L’utilizzo della lignina può contribuire positivamente all’economia complessiva della bioraffineria mantenendo l’impronta di carbonio il più bassa possibile. Nei modelli di bioraffineria più vecchi, dove la biomassa viene cotta in acqua e acido, la lignina è per lo più inutilizzabile per più del suo valore calorifico.
In aggiunta a un migliore utilizzo della lignina, il modello di bioraffineria CELF propone anche di produrre sostanze chimiche rinnovabili. Queste sostanze chimiche potrebbero essere utilizzate come mattoni per bioplastiche e composti aromatizzanti per alimenti e bevande. Queste sostanze chimiche assorbono parte del carbonio nella biomassa vegetale che non verrebbe rilasciato nell’atmosfera come CO2.
Alla luce dei recenti successi, l’Ufficio Tecnologie Bioenergetiche del Dipartimento dell’Energia ha assegnato ai ricercatori un finanziamento di 1,77 milioni di euro per costruire un impianto pilota CELF in piccola scala presso l’UCR. Il Prof. Cai spera che la dimostrazione dell’impianto pilota porti a investimenti su larga scala nella tecnologia, poiché l’energia derivata dai combustibili fossili contribuisce al riscaldamento globale e danneggia il pianeta.
