Biomasse di terza generazione : caratterizzazione e pirolisi delle alghe

Energy plays a key role in everyday life and in the development of the modern world. Fossil fuels are not renewable energy sources producing relevant environmental impacts. In the recent years, their intensive consumption created several problems, including their own availability, paving the way to explore new energy sources. Since third generation biomasses are still largely unexplored, we first collected available information reporting their nature and main features. These data allowed us to develop a novel model for algae characterization and pyrolysis. Every algal species, both macro- and micro-algae, are constituted by protein, carbohydrates and lipids, present in various amounts depending on the taxonomy and growing conditions. Noteworthy, algae generate higher levels of lipids, nitrogen and ashes compared to vegetal biomasses. The developed model made possible to predict the biochemical composition of each algal species (in terms of protein, carbohydrate, and lipid amounts) starting from the ultimate analysis and ash content. To this aim, we first defined the following model molecules as reference: high hydrogen, high oxygen, and high carbon protein (PROT-H, PROT-O, and PROT-C, respectively), C7H10O7 representative for carbohydrates (glycosidic bond derived and more oxidized glucose), and linoleic acid (native) for lipids. Then, we solved simple operations of mass balance. The model provided results fitting those reported by experimental studies. On this basis, we then developed a mechanism of alga devolatilization, following the POLIMI model for lignocellulosic biomasses, but taking into account the higher amounts of nitrogen-based compounds. The obtained results appeared interesting and encouraging, and allowed us to focus on critical aspects that are under investigation at present. In particular, the pyrolysis model requires further work due to the lack of information on alga accurate composition and thermal degradation

L’energia ricopre un ruolo fondamentale nella vita quotidiana e nello sviluppo della società moderna. A causa dell’intensivo consumo delle fonti fossili, risorse esauribili e con un pesante impatto ambientale, si è aperta la strada per la ricerca e lo sviluppo di nuove fonti energetiche. Il campo delle biomasse di terza generazione è per molti aspetti inesplorato, dunque in questo lavoro in prima istanza sono state raccolte e rielaborate le principali informazioni utili a descrivere e comprendere la natura di questa biomassa. Con i dati raccolti è stato sviluppato il primo modello di caratterizzazione e pirolisi per le alghe. Tutte le specie, sia macro-alghe che micro-alghe sono costituite seppur in percentuali variabili in base alla tipologia e alle condizioni di crescita della biomassa da proteine, lipidi e carboidrati. Inoltre rispetto ad altre biomasse vegetali, si osservano tenori maggiori di azoto e ceneri che devono essere tenuti in considerazione. Il modello di caratterizzazione sviluppato ha permesso, nota la sola composizione elementare e il contenuto di ceneri, di predire la composizione biochimica, ossia le quantità di proteine, lipidi e carboidrati presenti nella specie algale caratterizzata. Per fare questo, individuate delle molecole modello di riferimento, PROT-H, PROT-O, PROT-C proteine rispettivamente ricche in idrogeno, ossigeno e carbonio, una specie mediata C7H10O7 per i carboidrati e l’acido linoleico per i lipidi, si sono risolti semplici bilanci materiali. Verificata la validità del modello confrontando i risultati con quelli sperimentali pubblicati, è stato poi sviluppato un meccanismo di degrado delle alghe. Lo sviluppo dello schema cinetico si è ispirato al modello sviluppato dal POLIMI per le biomasse lignocellulosiche con nuove considerazioni sulle specie azotate. I risultati ottenuti sono interessanti e soddisfacenti, sia per la loro natura, sia perché hanno permesso di evidenziare aspetti critici che sono già oggetto di ulteriori analisi e sviluppi. Soprattutto il modello di pirolisi richiede ulteriori analisi rese difficili dalla scarsità di informazioni precise ed affidabili sulla composizione e sul degrado termico delle alghe.