Produzione di biodiesel da olio alimentare esausto mediante transesterificazione enzimatica: studio della reazione e scale-up

Il presente lavoro di Tesi, svolto presso il Laboratorio di Biocatalisi dell’Università degli Studi di Pavia, è parte integrante di un progetto multidisciplinare intitolato “Approvvigionamento energetico e gestione della risorsa idrica nell’ottica dell’Economia Circolare” (Circular Economy for Water and Energy, CE4WE, POR FESR 2014-2020, Fondo europeo di sviluppo regionale e Regione Lombardia, D1139857, Call Hub Ricerca e Innovazione) condotto dall’Università di Pavia e da aziende presenti sul territorio lombardo. Obiettivo generale del Laboratorio di Biocatalisi nel progetto CE4WE è la valorizzazione di oli vegetali esausti di uso domestico (Used Cooked Oil, UCO) mediante sviluppo e applicazione di un processo biotecnologico basato sull’impiego di enzimi immobilizzati. In particolare, in questa Tesi viene descritto lo sviluppo di un processo biocatalitico per la produzione green di biodiesel, biocarburante completamente rinnovabile. Il biodiesel è costituito da esteri alchilici di acidi grassi che si ottengono mediante transesterificazione dei trigliceridi (TAG) contenuti negli oli in presenza di alcol (generalmente metanolo o etanolo). L’olio esausto (UCO), fornito da ENI S.p.A., è stato sottoposto a caratterizzazione qualitativa mediante gas cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS) e a caratterizzazione quantitativa tramite tecniche cromatografiche. Dopo la caratterizzazione analitica, UCO è stato sottoposto alla reazione di transesterificazione catalizzata da lipasi immobilizzate per l’ottenimento di biodiesel. Lo screening enzimatico, effettuato in un precedente lavoro di Tesi, ha consentito di selezionare la lipasi da Thermomyces lanuginosus (TLL) come biocatalizzatore per la sintesi di biodiesel, sotto forma di esteri etilici di acidi grassi, con una resa del 65%. Al fine di migliorare la resa di biodiesel, ottenuti mediante la reazione di transesterificazione catalizzata da TLL, in questo progetto di Tesi, è stato intrapreso uno studio di ottimizzazione delle condizioni di reazione considerando i seguenti parametri: rapporto stechiometrico UCO:EtOH, temperatura, unità enzimatiche (IU) e il tempo di reazione. Le condizioni di reazione ottimali che hanno permesso l’ottenimento di biodiesel con una resa di circa l’80%.sono state: UCO:EtOH 1:9, 40 °C, 69 IU e 24 h. Nelle condizioni di reazione selezionate, l’enzima TLL ha mostrato una buona stabilità mantenendo l’attività per cinque cicli di reazione che hanno consentito l’ottenimento di 120 g di biodiesel. Il campione biodiesel è stato inviato presso i centri di analisi di ENI S.p.A per valutarne le performance come biocarburante.