Processi sostenibili per la conversione di biomasse in prodotti ad alto valore aggiunto

Nell'ottica della riduzione dellutilizzo di risorse fossili, una delle alternative maggiormente promettenti è costituita dalla conversione di biomasse lignocellulosiche in prodotti chimici. La produzione annua di biomasse lignocellulosiche è stimata essere pari a circa 10^11 tonn e la diversità chimica tra i vari loro componenti permette lo sviluppo di processi tipici della bioraffineria che riguardano la conversione di cellulosa, emicellulosa e lignina in Platform Chemicals, ovvero sostanze dalle quali è possibile ottenere prodotti ad alto valore aggiunto da diversi processi industriali. In quest'ottica, il principale obiettivo di questo lavoro di tesi ha riguardato la conversione di cellulosa e glucosio in sorbitolo e isosorbide. Ques'tultimo è un composto eterociclico attualmente impiegato nell'industria farmaceutica e può essere sfruttato nella produzione di polimeri bio-based e biodegradabili. Sono state studiate due reazioni: lidrogenazione con H2 e la Catalythic Transfer Hydrogenation (CTH). Entrambe le reazioni sono state condotte in microonde, così da favorire la cinetica dei processi e la loro efficienza energetica, in modo da rendere il processo più sostenibile. Sempre con questo scopo, sono stati utilizzati catalizzatori eterogenei costituiti da rutenio supportato su carbone amorfo e su ossidi metallici. In particolare, è stata ottimizzata la conversione one-pot del glucosio in isosorbide con H2 in condizioni neat. In questo processo il glucosio è idrogenato a sorbitolo; successivamente, in seguito a due reazioni di disidratazione, si ottiene la formazione dellisosorbide. Questo passaggio è favorito dall'aggiunta di zeoliti acide. Dal momento che nel sistema non è presente solvente, si è lavorato sopra la temperatura di fusione del substrato, ottenendo la sua completa conversione. Nella seconda reazione studiata è stato fatto uso di un donatore di idrogeno avente anche il ruolo di solvente. Con l'uso di 2-propanolo è stato possibile ottenere sorbitolo da glucosio, mentre l'utilizzo di acido formico ha portato all'ottenimento di isosorbide direttamente da cellulosa amorfa, idrolizzata in situ, ottenendo una conversione del 42%. Per entrambe le reazioni è stato eseguito uno screening con i diversi catalizzatori al rutenio per la riduzione del substrato, al quale è seguita una fase di ottimizzazione delle condizioni di reazione. I risultati sono stati ottenuti da analisi GC-MS e GC-FID. ​