Impianto per la produzione di zuccheri monomerici da massa vegetale
Molte piante, o più in particolare le radici, sono ricche di carboidrati presenti come polisaccaridi, ossia come catene di diversa lunghezza formate da unità di glucosio, fruttosio o altri zuccheri. I polisaccaridi a catena corta (oligomeri) possono essere estratti con acqua calda. In generale, l’ottenimento di questi zuccheri necessita tuttavia di una serie di trattamenti in sequenza, tipicamente un’estrazione, una filtrazione, una separazione, una reazione d’idrolisi e infine una purificazione. Tutti questi processi richiedono diverse apparecchiature e passaggi, con operazioni a volte impegnative.
L’invenzione brevettata dall’ENEA propone di ottenere zuccheri monomerici da queste biomasse mediante un sistema “all in one”; In altre parole l’idea è di avere un unico processo in scatola chiusa contenente la pianta, dove entra acqua ed esce una soluzione di zuccheri. Nella scatola sono disposti un tubo che contiene la radice e un tubo che contiene un catalizzatore. Quando l’acqua, in precedenza riscaldata, entra nel primo tubo, estrae gli oligomeri dalla pianta e li trascina nel secondo tubo, dove il catalizzatore li converte in zuccheri semplici (glucosio, fruttosio, ecc.). Dal secondo tubo fuoriesce così una soluzione acquosa contenente gli zuccheri monomerici disciolti.
Una delle particolarità tecniche è che nella scatola sono attivi gli ultrasuoni, che migliorano sia l’efficienza di estrazione e sia la conversione dei carboidrati da oligomeri a zuccheri semplici. Il sistema può lavorare ciclicamente, eseguendo ripetute estrazioni e concentrando la soluzione di zuccheri fino a esaurimento della pianta. Il catalizzatore che si trova nel secondo tubo è preferibilmente costituito da una resina acida che funziona, in parte, anche da purificatore della soluzione. Inoltre il catalizzatore può essere facilmente rigenerato e riutilizzato.
Il sistema prototipale è stato realizzato nei laboratori ENEA, mediante il quale, dalla radice del cardo, è stato prodotto fruttosio con un’efficienza del 94% dopo un’ora di esercizio, operando a temperature più basse rispetto agli attuali processi industriali. Nel caso specifico l’oligomero estratto è l’inulina, che è costituita prevalentemente da fruttosio. Il funzionamento è illustrato nella figura a fianco.
L’invenzione dunque semplifica il processo di ottenimento di zuccheri solubili da piante. Questi prodotti, oltre ad essere usati nell’industria alimentare e farmaceutica, costituiscono un’importante materia prima per la produzione di green fuels e chemicals, come i biocombustbili e vari intermedi chimici, tra cui le aldeidi e numerosi altri composti ottenibili mediante processi di fermentazione microbica o catalisi chimica. L’ottenimento di zuccheri da diverse piante rappresenta uno degli schemi più frequenti e diffusi di bioraffineria, ovvero di processi che si prefiggono di creare alternative sostenibili alle filiere fossili a partire dalla materia prima, passando attraverso processi meno impattanti.