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Energia elettrica e trasporti nella lotta ai mutamenti climatici: il ruolo chiave degli “e-fuels”

George Olah Renewable Methanol Plant. Photo credit: Carbon Recycling International (CRI)

Negazionisti a parte, tutti riconoscono che le emissioni di gas a effetto serra prodotte dall’uomo stanno alterando il clima del pianeta e promettono conseguenze disastrose. Il problema è chiaro, la soluzione drastica: azzerare, entro il 2050, le emissioni di CO2.

Per far questo, senza compromettere gli standard di vita ai quali siamo abituati, è necessario agire su più fronti. Anzitutto riducendo gli sprechi e, in parallelo, operando una graduale ma rapida revisione del concetto di gestione dell’energia nei settori civile, industriale, dei trasporti, della generazione elettrica e, non da ultimo, dell’informazione e della comunicazione.

La politica tentenna, prova ne è il mancato accordo tra i quasi 200 paesi riuniti a Madrid per la COP25, la Conferenza mondiale dell’Onu sui cambiamenti climatici. Ma dalla comunità scientifica e dall’industria arrivano promettenti soluzioni tecnologiche per la transizione energetica. Sfruttamento sempre più efficiente delle fonti rinnovabili, tecnologie di separazione della CO2 da applicare agli impianti di generazione elettrica e a molte realtà industriali, sistemi intelligenti di gestione dell’energia a uso domestico e tanto altro ancora.

Rimane ancora scoperto il settore forse più problematico: i trasporti. Ed è qui che entrano in gioco prepotentemente i cosiddetti “e-fuels”. Si tratta di combustibili liquidi o gassosi (come metanolo, idrogeno, metano e dimetiletere, ma anche petrolio sintetico e gasolio), non più prodotti da fonti fossili ma da quelle rinnovabili. Perché sono oggi così importanti?

Il contesto
Partiamo da una considerazione. In Europa, ogni anno ben 480 TWh di energia elettrica da fonti rinnovabili vengono sprecati a causa della non programmabilità di fonti quali il solare e l’eolico, che producono energia anche quando questa non occorre. Si tratta, per rendere l’idea, della stessa quantità di energia prodotta annualmente da 150 centrali termoelettriche di media taglia, nonché quasi del doppio dell’energia elettrica complessiva netta prodotta in Italia nel 2018 (circa 280 TWh, secondo Terna). E si tratta del 13% della domanda complessiva di energia elettrica in Europa, stimata dall’Agenzia Internazionale per l’Energia in 3.631 TWh nel 2018. Si tratta, nel complesso, di un problema molto serio in quanto, da un lato, una tale sovrapproduzione comporta grossi problemi di stabilità della rete elettrica mentre, dall’altro, consente di ridurre solo in parte le emissioni di anidride carbonica da fonti fossili: è infatti necessario mantenere comunque le centrali accese – che bruciano combustibile ed emettono CO2 – per fornire energia elettrica quando la produzione da rinnovabili dovesse essere inferiore rispetto al fabbisogno.

Il ruolo degli e-fuels
Gli e-fuels permettono di risolvere contemporaneamente due problemi: anzitutto consentono di stoccare, in forma chimica, gli eccessi di energia, contribuendo alla stabilizzazione della rete elettrica e favorendo un ulteriore sfruttamento delle fonti rinnovabili; in parallelo, sfruttano le emissioni di anidride carbonica da fonti fossili, generando un’economia circolare basata sul carbonio, non più visto come problema ma come risorsa. E questo non solo nel settore della generazione elettrica, ma anche in quello industriale.

La chiave sono le tecnologie dette gergalmente “power-to-liquids” o “power-to-gas” (a seconda dei prodotti finali), che utilizzano l’eccesso di energia elettrica da fonti rinnovabili per produrre idrogeno. Quest’ultimo – insieme alla CO2 catturata da altri processi e, in futuro, anche direttamente dall’aria – è poi generalmente convertito attraverso processi termochimici in combustibili liquidi o gassosi. Combustibili che, oltretutto, presentano caratteristiche ambientali significativamente migliori rispetto ai più noti biocombustibili (per non parlare dei corrispondenti prodotti di origine fossile): sfruttamento trascurabile di suolo e acqua in fase di produzione e minori emissioni di particolato, ossido di carbonio e ossidi di azoto in fase di combustione.

Alcuni esempi
Se il primo lavoro scientifico che parla di power-to-gas risale al lontano 1994 (si tratta di uno studio giapponese finalizzato non tanto al contenimento del riscaldamento globale, quanto piuttosto alla soluzione tecnica di problemi idrici), lo sviluppo delle tecnologie ha avuto un picco negli ultimi 15 anni, con l’Europa in prima fila.

L’applicazione power-to-liquids più significativa a livello mondiale è oggi il “George Olah Renewable Methanol Plant”, in funzione dal 2011 vicino a Reykjavík, in Islanda, e gestito da Carbon Recycling International. L’impianto converte ogni anno 5500 tonnellate di CO2 (oltretutto di origine naturale, vulcanica) in 4000 tonnellate di metanolo, venduto in diversi paesi del nord Europa col nome commerciale di Vulcanol®, che la dice lunga sulle origini del prodotto.

Anche nel settore del power-to-gas è l’Europa a fare da traino. L’applicazione più significativa è costituita dall’impianto Audi di Werlte, nella Germania nord-occidentale, che ogni anno converte poco meno di 30 GWh di energia elettrica in eccesso in circa 1000 tonnellate di metano.

Impianto Audi di Werlte

Impianto Audi di Werlte. Foto credit: motorionline.com

La sfida
Le tecnologie ci sono, gli impianti da prendere come esempio anche. Cosa manca quindi alla loro diffusione? La prima risposta è di natura tecnica: i processi hanno efficienze di conversione ancora modeste e richiedono notevoli ricircoli di gas per ottenere rapporti di conversione accettabili. La seconda è prettamente economica: la produzione degli e-fuels passa per l’idrogeno, ancora costoso da produrre. In media, quasi la metà dell’investimento complessivo per un impianto di produzione di e-fuels è destinato alla sezione di produzione dell’idrogeno. È dunque necessario un grosso sforzo della comunità scientifica – unitamente ad adeguate politiche di incentivazione – per ridurre i costi e migliorare le prestazioni dei processi.

In questo senso è orientata la ricerca di Sotacarbo. Da un lato sono in fase di sviluppo catalizzatori avanzati per la sintesi di metanolo da energia elettrica rinnovabile (attraverso l’idrogeno) e CO2. Uno di questi, caratterizzato da prestazioni sorprendenti, è oggetto di una recente domanda di brevetto internazionale. E dall’altro è in fase di realizzazione un nuovo impianto sperimentale che consentirà di mettere a punto, in collaborazione con Enea, il processo complessivo di produzione di combustibili liquidi e gassosi. L’impianto – finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico attraverso il programma della Ricerca di Sistema – sarà operativo entro il 2021 e costituirà un punto di riferimento mondiale nello sviluppo della tecnologia. Alberto Pettinau