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Catalizzatori Sotacarbo: risultati sorprendenti

catalizzatori sotacarbo

Benzina, gasolio, Gpl, nafta, cherosene. Son questi i combustibili su cui si basano i trasporti (e non solo) della società moderna. Combustibili a base di carbonio, prodotti dalla raffinazione del petrolio, che, se bruciati, comportano l’emissione di CO2 e di numerosi composti inquinanti. Combustibili il cui uso non è più compatibile con gli obiettivi dell’Unione Europea, che, attraverso il programma chiamato “Green New Deal”, punta ad annullare le emissioni nette di gas a effetto serra entro il 2050 (primo continente al mondo). E se, per le auto, i motori elettrici alimentati con batterie appaiono la soluzione più promettente (nonostante non risolvano il problema delle emissioni, spostandolo solo alla generazione elettrica), non lo stesso si può dire per i trasporti pesanti su strada e per i settori aereo e navale.

In questi casi, l’unica soluzione attualmente percorribile è il ricorso ai cosiddetti e-fuels, combustibili generati dalla sovrapproduzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e dalla CO2 separata da impianti elettrici o industriali alimentati con combustibili fossili, se non direttamente dall’aria. L’anidride carbonica, universalmente considerata un problema, diventa così una risorsa.

Gli studi in corso a livello mondiale sono tanti e i risultati molto incoraggianti. E le prime applicazioni su scala dimostrativa sono già una realtà (su tutti l’impianto islandese di Carbon Recycling International per la produzione di metanolo e l’impianto tedesco di Audi, che produce metano). Ma la strada da fare per rendere gli e-fuels competitivi rispetto ai loro omologhi di derivazione petrolifera è ancora molto lunga.

In questo contesto si collocano gli studi sperimentali condotti negli ultimi anni da Sotacarbo, che lavora allo sviluppo di processi e catalizzatori per l’idrogenazione della CO2 finalizzata alla sintesi di prodotti quali metanolo e dimetiletere (DME). Il primo è considerato il vettore energetico per eccellenza ed è caratterizzato da un mercato internazionale in continua espansione, trattandosi tra l’altro di un precursore di innumerevoli composti chimici. Il dimetiletere è invece considerato un eccellente combustibile sia per applicazioni domestiche (come sostituto del GPL), sia per l’impiego nei motori diesel.

Le ricerche di Sotacarbo sono focalizzate, in particolare, sullo sviluppo di catalizzatori che, utilizzando metodi di preparazione innovativi e materiali avanzati, portano a prestazioni particolarmente significative.

Il risultato più sorprendente riguarda un materiale particolare, ottenuto combinando il metodo cosiddetto sol-gel con tecniche di auto-combustione per depositare i materiali attivi (a base di rame e ossido di zinco) su un materiale di supporto composto da una silice mesoporosa, con pori dell’ordine dei pochi nanometri (milionesimi di millimetro) che favoriscono la reazione tra l’anidride carbonica e l’idrogeno.

Apparato sperimentale per la caratterizzazione dei catalizzatori presso i laboratori Sotacarbo.

Grazie a un tale approccio, il materiale prodotto è caratterizzato da prestazioni ben superiori rispetto a quelle dei materiali concorrenti (in termini di resa e selettività) ed è inoltre tollerante all’ossigeno (aspetto particolarmente indicato per alcune applicazioni industriali). Ma soprattutto, a differenza di tutti i catalizzatori oggi impiegati per la produzione di metanolo, non necessita del laborioso e costoso processo di attivazione. Se infatti i catalizzatori convenzionali, una volta caricati nel reattore, devono essere flussati per lungo tempo con idrogeno ad alta temperatura (operazione che comporta costi, problemi di sicurezza e lunghi periodi di inattività dell’impianto), il nuovo catalizzatore Sotacarbo è di fatto “pronto all’uso”.

I risultati sperimentali ottenuti da Sotacarbo su questo catalizzatore per la sintesi del metanolo sono promettenti e ormai ampiamente riconosciuti dalla comunità scientifica. Il materiale è oggetto di una domanda di brevetto internazionale (PCT/EP2019/053068) pubblicata dal WIPO (World Intellectual Property Organization) lo scorso ottobre e le relative ricerche sono oggetto di una prestigiosa pubblicazione sulla rivista scientifica “Applied Catalysis B: Environmental” (edita da Elsevier) e di tre importanti premi internazionali, l’ultimo dei quali conseguito in Germania nel corso dell’edizione 2019 del congresso ICCDU, il più importante al mondo sul tema dell’utilizzo della CO2. La ricerca continua, anche grazie ai finanziamenti della Regione Autonoma della Sardegna (attraverso il progetto “Centro di Eccellenza sull’Energia Pulita”) e alla preziosa collaborazione di alcuni partner scientifici: nuovi catalizzatori sono in fase di preparazione e caratterizzazione in collaborazione con l’Università di Cagliari; un dettagliato studio cinetico è in corso con i ricercatori dell’Indian Institute of Technology Madras (uno dei più prestigiosi atenei indiani); altri studi sono in fase di impostazione insieme al Leap (Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza) e al Politecnico di Milano.

Grazie ai fondi della Ricerca di Sistema Elettrico messi a disposizione dal Ministero dello Sviluppo Economico, un nuovo impianto sperimentale, su scala pilota, è in fase di progettazione per la messa a punto del processo in diverse condizioni operative (l’avvio della fase sperimentale è previsto entro la fine del 2021). La strada, dicevamo, è ancora lunga, ma il traguardo, la competitività della tecnologia rispetto a quelle convenzionali, inizia a delinearsi all’orizzonte. APettinau