Un piano territoriale per la riduzione della concentrazione di CO2 nell'atmosfera e la produzione energetica da fonti rinnovabili per mezzo della filiera delle biomasse

Il progetto propone uno studio per verificare la fattibilita' di un piano territoriale (ideato per il bacino del Po ma di fatto estendibile a tutti i bacini fluviali) per la creazione di una filiera di colture bioenergetiche (biomasse) che, trasportate per mezzo della navigazione fluviale (uno dei mezzi di trasporto a minore emissione di CO2), alimentino una o piu' centrali a nuova tecnologia che associno alla produzione di calore (teleriscaldamento e raffreddamento) e di energia la separazione dei fumi. La CO2 catturata dalla crescita delle biomasse e recuperata dalla combustione, puo' quindi essere segregata nel sottosuolo di aree costiere subsidenti contrastando il fenomeno dell’abbassamento del suolo. Ricavando benefici in tutti i passaggi di attuazione del piano territoriale (lancio dell'agricoltura bioenergetica, rilancio della navigazione a corrente libera, avvio di una economia legata alla logistica del trasporto e dello stoccaggio delle biomasse, generazione di energia pulita, lotta alla subsidenza) il progetto, di fatto, consente di catturare ingenti quantitativi di CO2 dall'atmosfera e di segregarli nel sottosuolo, riducendo l'effetto serra. Nel corso del Dottorato e' stata sviluppata una metodologia di valutazione della sostenibilita' economica ed ambientale del progetto ad un bacino fluviale, che consta di una modulistica di raccolta dei dati di base e di una procedura informatizzata di analisi.

Studio del metodo dell'assorbimento diretto della CO2 per l'analisi del radiocarbonio

L’attuale rilevanza rappresentata dalla stretta relazione tra cambiamenti climatici e influenza antropogenica ha da tempo posto l’attenzione sull’effetto serra e sul surriscaldamento planetario così come sull’aumento delle concentrazioni atmosferiche dei gas climaticamente attivi, in primo luogo la CO2. Il radiocarbonio è attualmente il tracciante ambientale per eccellenza in grado di fornire mediante un approccio “top-down” un valido strumento di controllo per discriminare e quantificare il diossido di carbonio presente in atmosfera di provenienza fossile o biogenica. Ecco allora che ai settori applicativi tradizionali del 14C, quali le datazioni archeometriche, si affiancano nuovi ambiti legati da un lato al settore energetico per quanto riguarda le problematiche associate alle emissioni di impianti, ai combustibili, allo stoccaggio geologico della CO2, dall’altro al mercato in forte crescita dei cosiddetti prodotti biobased costituiti da materie prime rinnovabili. Nell’ambito del presente lavoro di tesi è stato quindi esplorato il mondo del radiocarbonio sia dal punto di vista strettamente tecnico e metodologico che dal punto di vista applicativo relativamente ai molteplici e diversificati campi d’indagine. E’ stato realizzato e validato un impianto di analisi basato sul metodo radiometrico mediante assorbimento diretto della CO2 ed analisi in scintillazione liquida apportando miglioramenti tecnologici ed accorgimenti procedurali volti a migliorare le performance del metodo in termini di semplicità, sensibilità e riproducibilità. Il metodo, pur rappresentando generalmente un buon compromesso rispetto alle metodologie tradizionalmente usate per l’analisi del 14C, risulta allo stato attuale ancora inadeguato a quei settori applicativi laddove è richiesta una precisione molto puntuale, ma competitivo per l’analisi di campioni moderni ad elevata concentrazione di 14C. La sperimentazione condotta su alcuni liquidi ionici, seppur preliminare e non conclusiva, apre infine nuove linee di ricerca sulla possibilità di utilizzare questa nuova classe di composti come mezzi per la cattura della CO2 e l’analisi del 14C in LSC.

CO2 utilization and alternative solvents: effective tools for sustainable applications

The growing concentration of CO2 in the atmosphere and its harmful consequences has led the scientific community to direct its efforts towards sustainable processes. Among the possible approaches, the use of CO2 and alternative solvents are two strategies that are having widespread diffusion. In this work the reuse of CO2 is expressed by using it as a reaction reagent and as trigger to change the physical properties of a catalyst thus facilitating its recovery. As regards the CO2 use as reagent, two catalytic systems have been developed for the conversion of CO2 and epoxides into cyclic carbonates, used in the synthesis of polymers and as aprotic solvents. Homogeneous catalysts made by choline-based eutectic mixtures and heterogeneous catalysts made from biopolymers and waste pyrolysis have been synthesized and tested on this reaction. The carbonate interchange reaction (CIR) of a diol with a linear carbonate (as dimethyl carbonate) is an interesting alternative, for the synthesis of cyclic carbonates; as the second application of CO2 as polarity trigger, it was used for catalyst recovery. In fact DBU, here used as catalyst, is part of the so called “switchable solvents”: they can pass from a less-polar to a more-polar form (and from being soluble to non-soluble in the reaction mixture) when reacting with CO2 in presence of water or alcohols. Also in this case, heterogeneous catalysts made from biopolymers and waste pyrolysis have been synthesized and tested on CIR. As for the use of alternative solvents, this work focuses on the use of Deep Eutectic Solvents (DESs). They are a new generation of solvents composed by a mixture of two or more substances, liquid at room temperature, and non-volatile. New and biobased DESs were here used: i) as reaction media to carry out chemoenzymatic epoxidation; ii) in the extraction of astaxanthin from microalgae culture.