• biomassa
• catalisi
• idrogeno
• pirolisi termo-catalitica
• plastiche di scarto
• steam-reforming
• syngas

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo principale quello di sviluppare strategie innovative e sostenibili per la gestione e la valorizzazione di rifiuti plastici e si inserisce nel contesto della produzione di syngas di qualità. L’obiettivo principale è stato quello di esplorare la possibilità di valorizzare rifiuti plastici di varia origine (materozze), da soli e, piu’ vantaggiosamente, in combinazione con biomasse lignocellulosiche, nello specifico il pellet di abete. L’approccio adottato ha previsto la progettazione, realizzazione ed ottimizzazione di una linea di pirolisi termo-catalitica che include due stadi principali: un primo stadio di pirolisi termica, finalizzata alla degradazione termica dell’alimentazione, con rilascio dei vapori, questi ultimi inviati ad un secondo stadio di steam-reforming catalitico (ex-situ), realizzando così la conversione in syngas di qualità (arricchito in H2 e CO). Riguardo al primo stadio, si è proceduti con il trattamento termico delle singole alimentazioni (materozze e pellet di abete), considerando anche l’LDPE vergine come alimentazione di riferimento. Questo stadio è stato ottimizzato per la produzione/recupero di cere ad alto valore aggiunto, che sono state opportunamente quantificate/caratterizzate. Sulla base delle condizioni di processo ottimali, sono stati effettuati test di co-pirolisi termica su materozze-pellet di abete, valutando effetti sinergici/antagonisti tra le singole componenti. Riguardo al secondo stadio catalitico, particolare attenzione è stata posta all’ottimizzazione dei parametri di processo che influenzano direttamente la resa e la qualità del syngas prodotto. Tra questi, sono stati analizzati il rapporto tra le due alimentazioni, la tipologia di catalizzatore utilizzato, il rapporto ponderale catalizzatore/alimentazione e il tempo di residenza dei vapori. In tal modo, è stato possibile identificare le condizioni operative piu’ idonee per massimizzare la resa in gas, arricchendo la composizione in idrogeno e monossido di carbonio. I catalizzatori per lo stadio di steam-reforming sono stati sintetizzati, scegliendo il Ni come specie attiva, impregnata su zeolite ZSM-5 o su γ-Al2O3. Successivamente alla fase di ottimizzazione del processo combinato, si è proceduti con il riciclo del catalizzatore esausto, valutando dapprima l’impiego diretto (senza rigenerazione termica) e poi includendo uno stadio di rigenerazione termica intermedio tra un riciclo e il successivo. Tale studio, supportato da attività strumentali di caratterizzazione, ha avuto come obiettivo principale quello di individuare eventuali meccanismi di disattivazione, con particolare attenzione alla formazione di coke.
Complessivamente, il presente lavoro di tesi si propone di contribuire alla definizione di un approccio tecnologico integrato per il trattamento e la valorizzazione di rifiuti plastici misti, in regime di co-pirolisi con biomasse lignocellulosiche, ponendo l’attenzione sia sugli aspetti energetici sia su quelli di sostenibilità ambientale. I risultati ottenuti forniscono indicazioni utili per il trasferimento su scala industriale di sistemi catalitici a base di Ni, che siano economici e robusti, aprendo la strada a soluzioni che consentano di ridurre l’impatto ambientale dei rifiuti plastici e al contempo produrre vettori energetici rinnovabili.