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Metanolo da CO2: applicazioni e prospettive

The CRI’s George Olah Renewable Methanol Plant in Grindavik, near Reykjavík, Iceland (source: www.carbonrecycling.is, February 2019)

Il metanolo, o alcool metilico (CH3OH), è il più semplice degli alcoli. Ottenuto per la prima volta nel 1661 dal chimico e fisico irlandese Robert Boyle, per distillazione secca del legno, dal XIX secolo in poi è stato ampiamente utilizzato nell’industria chimica per la produzione di migliaia di prodotti di uso quotidiano: materiali da costruzione, schiume, resine, plastiche, vernici, poliestere e un numero incalcolabile di prodotti farmaceutici, nonché, soprattutto recentemente, come combustibile pulito.

Il mercato mondiale del metanolo è in enorme espansione, con una produzione mondiale stimata dal Methanol Institute in circa 110 milioni di tonnellate all’anno, una domanda in continua crescita (qualcosa come 200.000 tonnellate al giorno), giri di affari per 55 miliardi di dollari americani all’anno e 90.000 posti di lavoro. Oggi il metanolo è prodotto prevalentemente dal metano e soprattutto dal gas di sintesi derivante dalla gassificazione del carbone, attraverso processi catalitici operanti a temperatura moderata (250-270 °C) e alta pressione (50-100 bar). Tuttavia, le preoccupazioni sempre maggiori per i cambiamenti climatici, gli impegni assunti dai vari Paesi per una riduzione delle emissioni di gas a effetto serra e il recente sviluppo tecnologico, congiuntamente alla citata espansione del mercato mondiale di metanolo, stanno gradualmente spostando l’interesse verso nuove forme di produzione, pienamente compatibili con l’ambiente.

Metanolo rinnovabile
Concettualmente la soluzione è semplice: produrre metanolo rinnovabile. Non più attraverso il processo originale di distillazione del legno, ma a partire da anidride carbonica (CO2) e idrogeno prodotto da fonti rinnovabili. Un approccio che comporta diversi vantaggi. Da un lato si recupera la CO2, considerata il gas serra per eccellenza, che da problema diventa risorsa. Dall’altro, l’impiego degli eccessi di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili non controllabili (solare ed eolica) per la produzione di idrogeno e successivamente di metanolo consente, di fatto, uno stoccaggio dell’energia in forma chimica (energia che altrimenti verrebbe sprecata), contribuendo alla stabilizzazione delle reti elettriche e a una ulteriore diffusione degli impianti basati sulle fonti rinnovabili (oggi limitata, appunto, da problemi di stabilità delle reti). Metanolo, in altre parole, prodotto dagli eccessi di produzione di energia elettrica da fonte solare ed eolica (480 TWh all’anno in Europa, l’equivalente della produzione annua di circa 150 centrali termoelettriche convenzionali).

Presente o futuro?
Le tecnologie sono ormai pronte. E la loro affidabilità è dimostrata con ottimi risultati in Islanda, vicino a Reykjavík, presso il “George Olah Renewable Methanol Plant”. Si tratta del primo e più importante impianto al mondo realizzato su scala commerciale, in funzione dal 2011 e gestito da Carbon Recycling International (CRI). L’impianto converte ogni anno 5500 tonnellate di CO2 in 4000 tonnellate di metanolo, venduto in diversi paesi del nord Europa. La CO2 è di origine naturale, vulcanica, mentre l’idrogeno è prodotto dall’acqua con energia elettrica proveniente dai vicini impianti geotermici. Da qui l’origine del nome commerciale, Vulcanol®, con cui il metanolo di CRI viene venduto.

Il George Olah Renewable Methanol Plant presso Grindavik, vicino a Reykjavik, Islanda. (Photo credit: carbonrecycling.is)

Il George Olah Renewable Methanol Plant presso Grindavik, vicino a Reykjavik, Islanda (Photo credit: carbonrecycling.is)

Quali applicazioni?
I settori di applicazione sono innumerevoli, in un quadro di economia circolare del carbonio sempre più urgente. L’impianto CRI converte in metanolo anidride carbonica emessa naturalmente dal suolo, ma non dappertutto questo è possibile. Mentre dappertutto è disponibile tanta, troppa anidride carbonica di origine antropica, derivante dalla combustione dei combustibili fossili, che viene normalmente emessa in atmosfera: centrali termoelettriche e grossi impianti industriali (raffinerie, acciaierie, cementifici, ecc.) emettono ogni anno nell’atmosfera milioni di tonnellate di CO2, creando danni irreparabili al clima e all’ambiente. Grandi fonti concentrate di emissioni, che le nuove tecnologie consentono di intercettare, separando la CO2 dai fumi e rendendola disponibile per il riutilizzo e la produzione di metanolo (e altri prodotti).

Il vantaggio è chiaro: il metanolo, anziché essere prodotto da carbone o gas naturale, viene sintetizzato da CO2 riciclata, ovvero da un composto di scarto che altrimenti verrebbe emesso in atmosfera, e da energia elettrica che altrimenti verrebbe sprecata perché prodotta quando e dove non può essere utilizzata.

E le potenziali applicazioni sono innumerevoli. Se già oggi, come detto, il metanolo prodotto da fonte fossile è alla base di tantissimi prodotti di uso quotidiano, in chiave futura il metanolo rinnovabile promette di diventare il vettore energetico per eccellenza. Facile da trasportare e stoccare (a differenza, per esempio, dell’idrogeno), può essere impiegato come combustibile pulito per i trasporti pesanti, oggi basati quasi esclusivamente sui combustibili fossili. Si pensi, per esempio, al settore dei trasporti aerei e navali: se, per le auto, le batterie e i motori elettrici consentono di spostare il problema delle emissioni di CO2 alla produzione di energia elettrica, anche da fonte rinnovabile, questo non è pensabile per navi e aerei, oggi alimentati da combustibili di derivazione petrolifera (con emissioni annue di oltre 300 milioni di tonnellate di CO2 solo in Europa, secondo dati Eurostat e dell’Agenzia Europea per l’Ambiente). In questo contesto, il metanolo rinnovabile promette di rappresentare la svolta, svincolando dai combustibili di derivazione petrolifera quello che è oggi probabilmente il settore più radicato all’impiego dei combustibili fossili.

La strada è già stata aperta. La compagnia di navigazione svedese Stena Line ha recentemente convertito la nave “Stena Germanica”, che dal 2015 può essere alimentata con metanolo rinnovabile. E tante altre aziende stanno valutando simili iniziative.

La nave Stena Germanica della compagnia svedese Stena Line, alimentata a metanolo. (Photo credit: methanol.org)

La nave Stena Germanica della compagnia svedese Stena Line, alimentata a metanolo. (Photo credit: methanol.org)

I prossimi passi
Cosa manca, allora, allo sviluppo del metanolo rinnovabile come vettore energetico del futuro? Il problema è, principalmente, di natura economica. L’esempio dell’impianto islandese di CRI non deve trarre in inganno: opera in una situazione quasi ideale, con CO2 concentrata che fuoriesce dal sottosuolo e con idrogeno prodotto da una fonte inesauribile di energia geotermica, con costi di produzione molto limitati. Ma separare l’anidride carbonica dai fumi derivanti da impianti industriali e centrali termoelettriche costa ancora molto. E i processi di conversione per la produzione di metanolo rinnovabile sono ancora poco efficienti. È dunque necessario un grosso sforzo della comunità scientifica – unitamente ad adeguate politiche di incentivazione, che molti paesi, Europa in primis, stanno intraprendendo – per ridurre ulteriormente i costi e migliorare le prestazioni dei processi, rendendo il metanolo rinnovabile competitivo con quello prodotto in modo convenzionale, ma non più compatibile con l’ambiente.

In questo senso è orientata la ricerca di Sotacarbo, finanziata dalla Regione Autonoma della Sardegna nell’ambito del progetto “Centro di Eccellenza sull’Energia Pulita”. Da un lato sono in fase di sviluppo tecnologie sempre più efficienti per la separazione della CO2 dai fumi di combustione, per applicazioni sia agli impianti termoelettrici, sia a diverse applicazioni industriali. E dall’altro sono in fase di sviluppo catalizzatori avanzati per la sintesi di metanolo da energia elettrica rinnovabile (attraverso l’idrogeno) e CO2. Catalizzatori che consentono una conversione particolarmente efficiente di CO2 e idrogeno in metanolo.

I risultati sono molto promettenti, sia dal punto di vista scientifico che in vista delle possibili applicazioni commerciali. E questo è stato recentemente confermato dal recente conseguimento di un brevetto per invenzione industriale (n. 102018000004130), riconosciuto a Sotacarbo dal Ministero dello Sviluppo Economico per un catalizzatore che consente la conversione efficiente di CO2 e idrogeno in metanolo rinnovabile. E tanti sono gli studi ancora in corso su nuovi materiali e nuove tecnologie in fase di studio. APettinau