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Green Process Engineering Group

Research members:

Luca Fiori, Group Leader, Associate Professor –ING-IND/24 http://www.ing.unitn.it/~fioril/
Maurizio Volpe, Post Doc
Michela Lucian, Ph.D student
Fabio Merzari, Ph.D student
Dominik Wust, Ph.D student

Il gruppo svolge attività di ricerca e sviluppo negli ambiti Waste to Energy e Waste to Chemicals.

I principi propri dell’ingegneria di processo, chimica, industriale e di trasformazione vengono applicati a casi reali per valorizzare biomasse, eventualmente residuali di lavorazioni agricole ed agro-industriali, e rifiuti organici. Il gruppo è attrezzato per lavorare sia a livello sperimentale che a livello di modellazione e simulazione di processi, impianti e sistemi chimico-fisici.

Ci occupiamo di conversione termochimica di biomasse in generale (quindi gassificazione, pirolisi, combustione) ed in particolare di processi idrotermici: gassificazione con acqua supercritica e soprattutto carbonizzazione idrotermica.

Ci occupiamo anche di ingegneria alimentare, ed in particolare di tecnologie di estrazione di sostanze con valenza alimentare e nutraceutica: oli alimentari, omega-3, composti antiossidanti. Il focus riguarda la tecnologia di estrazione con CO2 supercritica: per confronto operiamo anche estrazione con i classici solventi chimici o piuttosto estrazione meccanica per pressione.

La tecnologia di carbonizzazione idrotermica ci permette di trasformare biomasse residuali in prodotti utili: “bio-carbone” quale vettore energetico rinnovabile, “bio-torba” quale ammendante del terreno, materiale adsorbente (tal quale o trasformato in carbone attivo) per operazioni di filtrazione. 

La carbonizzazione idrotermica (HydroThermal Carbonization, HTC) è un processo idro-termico: avviene in acqua allo stato liquido e in condizioni di temperatura relativamente elevata. Si opera a temperature comprese nell’intervallo 180–250 °C a pressioni di 10-50 atmosfere. Il fatto di operare in ambiente acquoso rende il processo HTC idoneo a trattare biomasse a elevato tenore di umidità: la frazione organica dei rifiuti solidi urbani, residui agroindustriali (vinacce, fecce, pastazzi di frutta, residui dell’industria olearia, deiezioni animali) e di manutenzione del verde (ramaglie, fogliame), fanghi di depurazione. Il processo HTC permette di trattare rifiuti altrimenti avviati a digestione anaerobica, al compostaggio o allo smaltimento in discarica. Le condizioni operative - temperatura e pressione non particolarmente elevate - permettono l’implementazione del processo anche a scala medio-piccola e a un livello tecnologico che ben si adatta anche alle piccole-medie imprese. Il substrato solido carbonioso ottenuto a valle del processo HTC (hydrochar) può trovare svariati utilizzi: quale vettore energetico sostenibile (bio-carbone), ammendante del terreno (bio-torba), materiale di utilizzo per la filtrazione, materia prima seconda per la produzione di carboni attivi, catalizzatore e supporto per catalizzatori, ed altri ancora.

Per quel che riguarda il settore dell’ingegneria alimentare, utilizziamo anidride carbonica ad alta pressione - CO2 supercritica - quale solvente per estrarre da diversi substrati (vinaccia, vinaccioli, semi vari, scarti di lavorazioni agro-industriali, erbe officinali, farine di pesce) sostanze di una certa importanza in ambito alimentare, farmaceutico e cosmetico: antiossidanti naturali, olio di vinacciolo, oli di semi, oli ricchi in omega-3. La tecnologia offre vantaggi interessanti: la CO2, a differenza dei comuni solventi, non è tossica né infiammabile ed è ecologicamente sostenibile. Per contro, la necessità di operare ad alte pressioni (centinaia di atmosfere), fa sì che il costo di un impianto di estrazione supercritica sia superiore al costo di un impianto tradizionale, mentre comparabili sono i costi operativi e di gestione. Il processo di estrazione con solventi supercritici viene industrialmente utilizzato per la miglior qualità degli estratti e, in definitiva, solo quando le sostanze estratte hanno un notevole valore aggiunto – come è il caso ad esempio del caffè decaffeinato. 

Ci occupiamo inoltre di frazionamento con CO2 supercritica, in particolare finalizzata ad ottenere concentrati ricchi in omega-3 a partire da olio di pesce.

 

Le apparecchiature di laboratorio principali di cui dispone il gruppo sono:

Reattore HTC a scala di laboratorio (volume utile: 50 mL; pressione di design: 140 bar; temperatura di design: 300 °C; materiale: AISI316).

• Reattore HTC a scala da banco (volume utile: 2,5 L; pressione di design: 140 bar; temperatura di design: 300 °C; materiale: AISI316).

 Bomba calorimetrica per la misura del potere calorifico HHV.
• Analizzatore elementare per la misura della composizione (C, H, O, N, S).
• Estrattore a CO2 supercritica (volume utile: 500 mL; pressione di design: 600 bar); L’estrattore è dotato di pompa per l’utilizzo di co-solvente organico (ad es. etanolo).

• Estrattore di tipo Soxhlet per uso con solventi organici (etanolo, esano…).
• Estrattore meccanico di piccole dimensioni.
 Evaporatore rotante sottovuoto.
 Stufe, termobilancia, macinatori, vibro-vaglio.

Pubblicazioni:
https://scholar.google.it/citations?user=0FxUZEIAAAAJ&hl=it&oi=ao