Sustainable methanol production from lignin gasification powered by renewable energy sources

Methanol (CH3OH) is one of the most essential building blocks in the chemical and pharmaceutical industries, as well as in the production of synthetic hydrocarbons. In 2022, global methanol production reached 111.02 Mm3t, with an annual growth rate of approximately 5-7% since 2000. Growing concerns about climate change are driving industry efforts to produce greener commodities. This thesis focuses on bio-methanol production, which currently represents only 0.2% of global methanol production. To reduce greenhouse gases the usage of re- newable energy sources and the production of green hydrogen are needed. Lignin is used as the feedstock due to its low market value as a byproduct of lignocellulosic biomass separation and agricultural waste. The lignin undergoes gasification to produce syngas, which are then converted to methanol through ASPEN simula- tions. Two scenarios were investigated: in the first, a fixed amount of hydrogen is supplied to the process, with the PV panel capacity sized to meet energy needs even during periods of lowest solar output. This approach avoids using costly battery storage systems, which are expensive and pose environmental concerns due to their pollu- tant manufacturing and disposal processes; in the second, hydrogen production is synchronized with energy generation from photovoltaic (PV) panels.

Il metanolo (CH3OH) è uno dei componenti essenziali nell’industria chimica e farmaceutica, nonché nella pro- duzione di idrocarburi sintetici. Nel 2022, la produzione globale di metanolo ha raggiunto 111,02 Mm3t, con un tasso di crescita annuo di circa il 5-7% dal 2000. Le crescenti preoccupazioni per i cambiamenti climatici stanno spingendo l’industria a produrre materie prime più ecologiche. Questa tesi si concentra sulla produzione di bio-metanolo, che attualmente rappresenta solo lo 0,2% della produzione globale di metanolo. Per ridurre i gas a effetto serra prodotti dal processo, è necessario l’uso di fonti di energia rinnovabili e la produzione di idrogeno verde. La lignina è utilizzata come materia prima grazie al suo basso valore di mercato come sottoprodotto della separazione della biomassa lignocellulosica e dei rifiuti agricoli. Quest’ultima viene sottoposta a gassificazione per produrre syngas, che vengono poi convertiti in metanolo tramite la simulazione su Aspen HYSYS. Sono stati studiati due scenari: nel primo, una quantità fissa di idrogeno è fornita al processo, con la capacità dei pannelli fotovoltaici dimensionata per soddisfare il fabbisogno energetico anche durante i periodi di minima produzione solare. Questo approccio evita l’uso di costosi sistemi di stoccaggio a batteria, che sono non solo costosi, ma sollevano anche preoccupazioni ambientali a causa dei loro processi inquinanti di produzione e smaltimento; nel secondo, la produzione di idrogeno è sincronizzata con la generazione di energia da pannelli fotovoltaici (PV).