Platform chemicals da biomasse: gli alometilfurfurali

This thesis work is focused on the conversion of cellulose and lignocellulosic biomass into halomethylfurfurals. These compounds, namely 5-bromomethylfurfural (BMF) and 5-chloromethylfurfural (CMF), are considered platform chemicals because they can be used as the starting material to obtain various high added-value. For example, it’s possible to obtain 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) and 2,5-dimethylfuran (DMF) by halomethylfurfurals, through several steps. FDCA can be used as monomer to produce polyethylene 2,5-furandicarboxylate (PEF), a renewable alternative to polyethylene terephthalate (PET). DMF is a really interesting biofuel because of its high octane rating, that is better than gasoline, and its high energetic density. Furthermore, the emission of pollutants from its combustion is very low, making DMF a good candidate to replace fossil fuels. To make the conversion process more sustainable, non-conventional technologies such as microwaves have been used. The utilization of microwaves as source of heating is very useful because it can reduce the reaction time, giving a better selectivity compared to conventional heating, thus also reducing the energy consumption. Furthermore, the application of green solvents as an alternative to classic organic solvents has been investigated. The use of lignocellulosic biomass waste as a renewable source to be converted into high added-value products is part of the development framework of a biorefinery.

Questo lavoro di tesi ha riguardato lo studio di processi sostenibili per la conversione di cellulosa e biomasse lignocellulosiche in alometilfurfurali. In particolare, il 5-bromometilfurfurale (BMF) e il 5-clorometilfurfurale (CMF) sono considerati platform chemicals, perché da essi possono essere ottenuti diversi composti ad alto valore aggiunto. Ad esempio, è possibile, attraverso specifiche reazioni, ottenere l’acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA) e il 2,5-dimetilfurano (DMF). L’ FDCA può essere impiegato come monomero per la produzione del polietilene 2,5-furandicarbossilato (PEF), un sostituto rinnovabile del polietilentereftalato (PET). Il DMF si candida invece ad essere un ottimo biocombustibile, possedendo un numero di ottano superiore a quello della benzina ed un’alta densità energetica. Inoltre, dalla sua combustione si ottiene una bassa emissione di inquinanti, motivo che lo rende ancora più interessante se confrontato con gli attuali combustibili fossili. Per rendere il processo più sostenibile sono state utilizzate tecnologie non convenzionali come le microonde, le quali permettono di ridurre molto i tempi di reazione rispetto ai metodi di riscaldamento convenzionali, e di migliorare la selettività della reazione, con conseguente risparmio energetico. Inoltre, è stato studiato l’impiego di solventi green, in alternativa ai solventi organici tradizionali. L’utilizzo di una risorsa rinnovabile e di scarto, come le biomasse lignocellulosiche residuali, per ottenere prodotti ad alto valore aggiunto attraverso processi sostenibili, si inserisce nel quadro di sviluppo di una bioraffineria.