Come si estrae l’isoamile dal fusel oil senza sprechi?

Il fusel oil, scarto della fermentazione, è un mix di alcoli (etanolo, isoamile, propanolo, butanolo) e acqua. Recuperare l’isoamile, un alcol molto richiesto, è difficile perché l’acqua lo lega. Un team ha provato una soluzione semplice: usare l’esano, un solvente non polare, non tossico e che non si mescola con l’acqua. Con un rapporto 1:1 tra esano e fusel oil, l’acqua è scesa dal 14 % al 1,46 % di peso; con 4:1 è scesa a 0,55 %. Il processo parte con un decanter che separa le due fasi, poi due colonne di distillazione. Il prodotto finale contiene il 99,29 % di isoamile (con 97,91 % di isomeri e 1,38 % di esanol) e il recupero è del 97,33 %. L’esano, invece, viene quasi interamente riciclato (99,665 %). Il consumo energetico è di 0,65 kWh per kg di prodotto, molto più basso rispetto ai metodi precedenti (0,774 kWh/kg). Un’analisi economica mostra che aumentare il rapporto solvente‑olio fa lievitare i costi. Restano da risolvere la purificazione delle acque di scarto e il riutilizzo del mix esano‑alcolico. Il risultato è interessante per l’industria delle bevande e dei profumi, dove l’isoamile è usato per aromi fruttati. Inoltre, la riduzione dell’energia richiesta rende il processo più sostenibile, avvicinandosi a una produzione a impatto zero.

Il processo proposto si basa su principi di equilibrio di fase e di separazione azeotropica. L’esano, con un punto di ebollizione di 68 °C, è più leggero dell’acqua e degli alcoli presenti nel fusel oil, creando una fase organica immiscibile che assorbe la maggior parte dell’acqua. La scelta di un rapporto solvente‑olio 1:1 è un compromesso ottimale: riduce il volume di solvente necessario, limitando i costi di acquisto e di recupero, ma mantiene una capacità di estrazione sufficiente a portare l’acqua sotto il 2 % di peso. La fase di decantazione sfrutta la differenza di densità (esano ≈0,66 g cm⁻³, acqua ≈1,00 g cm⁻³) per separare rapidamente le due fasi senza consumo energetico. Successivamente, le due colonne di distillazione operano in regime di pressione atmosferica, con la prima colonna dedicata alla rimozione di etanolo e di altri alcoli più volatili, mentre la seconda colonna concentra l’isoamile. Il design delle colonne prevede un numero di piatti teorici calcolato mediante l’equazione di Fenske‑Underwood‑Gilliland, garantendo una purezza finale del 99,29 % con un consumo di energia di 0,65 kWh kg⁻¹. Questo valore è inferiore al consumo di 0,774 kWh kg⁻¹ richiesto da colonne a parete divisa (DWC), grazie alla minore resistenza al flusso di vapore e alla riduzione delle ricircolazioni interne. L’analisi economica, basata su costi di capitale (CAPEX) e operativi (OPEX), evidenzia che il costo marginale aumenta quasi linearmente con il rapporto solvente‑olio, poiché il prezzo dell’esano e le spese di recupero (compressori, condensatori) crescono. Tuttavia, il ritorno sull’investimento rimane positivo grazie al valore di mercato dell’isoamile, stimato intorno a 2 000 USD ton⁻¹. Le sfide future includono la gestione delle acque di scarto, ricche di residui di alcoli e di sali, che richiedono trattamenti biologici o membranari, e la valorizzazione del miscuglio esano‑alcolico, potenzialmente riutilizzabile in processi di estrazione di altri composti aromatici o come feedstock per la produzione di bio‑solventi. In sintesi, il metodo ibrido decanter‑distillazione combina efficienza energetica, alta purezza del prodotto e ridotto impatto ambientale, rappresentando un passo significativo verso processi chimici più sostenibili.