Il processo conciario comporta un notevole sfruttamento della risorsa idrica per le lavorazioni ad umido, dalla riviera alla concia fino alla tintura ed ingrasso. Questo comporta al contempo un’elevata quantità di acqua di processo residua da trattare per la sua depurazione. L’acqua in queste fasi è ovviamente utilizzata nei lavaggi della pelle e come solvente per trasportare i prodotti chimici al suo interno.
Molte ricerche e sperimentazioni sono state affrontate nel corso degli ultimi anni al fine di trovare un’alternativa all’acqua come solvente per queste lavorazioni al fine di limitarne l’impatto sulle risorse idriche, come l’utilizzo di solventi organici più o meno efficaci e sostenibili.
Un campo di sperimentazione ha esplorato, per lo stesso obiettivo, l’applicazione dell’anidride carbonica (CO2) supercritica.
“Una sostanza si dice essere in uno stato supercritico quando si trova in condizioni di temperatura superiore alla temperatura critica e pressione superiore alla pressione critica. In tali condizioni, le proprietà della sostanza sono in parte analoghe a quelle di un liquido (ad esempio la densità) e in parte simili a quelle di un gas (ad esempio la viscosità)”.
Fig.1 Diagramma di stato dell’anidride carbonica, dove è visibile la zona in cui si realizza lo stato supercritico (supercritical fluid).
La CO2 supercritica, perciò, è caratterizzata da proprietà fisiche miste tra stato gassoso e liquido, che la potrebbero rendere un ottimo ed efficace solvente apolare, per l’estrazione di soluti aventi una bassa polarità, tanto da poter essere paragonata all’esano, con capacità di solubilizzazione vicina a quella propria di un liquido ed in alcuni casi, anche superiore. In particolare, quando la pressione è pari a 80 bar e la temperatura è pari a 31 °C la CO2 si trova in fase supercritica, non più gassosa, con una viscosità inferiore a quella dell’acqua (997 kg/m³), con un alto coefficiente di diffusività e una bassa viscosità, dando così la possibilità di comportarsi come un ottimo solvente soprattutto per le sostanze organiche. Le migliori proprietà di trasporto della CO2 supercritica dimostrano come essa possa interagire molto efficacemente con un soluto rispetto a un altro comune solvente organico.
| Temperatura (°C) | Densità (kg/m3) | Volume (m3) | Viscosità (cP) | Fase |
| 0 | 961,94 | 0,0010396 | 0,10989 | Liquida |
| 20 | 827,71 | 0,0012081 | 0,075717 | Liquida |
| 31 | 679,73 | 0,0014712 | 0,05332 | Supercritica |
I vantaggi non sono solo nel potere solubilizzanti ma la CO2 supercritica presenta la caratteristica di essere inerte, non tossica per gli addetti ai lavori e per l’ambiente circostante. Ha un costo contenuto e dopo aver esplicato la sua funzione può essere facilmente riconvertita allo stato gassoso e riutilizzata, per esempio, nello stesso processo.
Nell’industria dell’estrazione di principi attivi liposolubili da matrici naturali, la CO2 supercritica è una tecnologia oramai consolidata soprattutto per la produzione di alimenti funzionali, o integratori e nella medicina naturale, additivi per la salute, prodotti cosmetici e applicazioni farmaceutiche.
La tecnologia della CO2 supercritica è emersa come un’importante alternativa ai processi tradizionali con solventi organici e meccanici, grazie alla sua pressione critica moderata, che permette di contenere i costi di compressione, mentre la sua bassa temperatura critica consente l’estrazione di composti termosensibili senza degradazione.
Per il trattamento di substrati, la natura dei composti da estrarre o da trasportare non è sempre e solo apolare, ma spesso vi sono composti polari d’interesse (come per altro nel processo conciario). Lo sviluppo della tecnologia ha comunque rimediato con l’aggiunta di co-solventi alla CO2 supercritica, al fine di migliorare l’affinità del fluido verso composti polari, per cui si possono utilizzare assieme solventi come l’acqua, dimostrando, cosicché, la compatibilità dei due solventi come potrebbe avvenire sulle matrici collageniche. Oltre all’estrazione supercritica con la CO2 un certo numero di altre tecnologie supercritiche viene studiato e sviluppato per altre applicazioni interessanti, come la precipitazione di composti polari (precipitazione supercritica con anti-solvente, SAS) o la separazione di composti in miscele liquide (frazionamento supercritico in contro-corrente), per l’ottenimento di composti bioattivi più puri. Perseguire la ricerca delle tecnologie con la CO2 supercritica per diversi materiali potrebbe rivelarsi un asset strategico anche per il settore della concia.
La variabilità della tecnologia, come l’effetto della pressione e della composizione della CO2 sui rendimenti, l’effetto di miscele di co-solventi diverse, la possibilità di lavorare in batch o in continuo a portate variabili, permetterebbe di modulare l’applicazione in funzione dello scopo, come quello riferito al trattamento del pellame
Nella prossima sezione esploreremo le applicazioni messe in atto in ambito conciario e valuteremo le nuove possibilità dello sfruttamento di questa promettente tecnologia nel nostro settore.
07/11/2024
A cura del Dr. Marco Nogarole