Il primo litro di carburante ricavato da anidride carbonica, acqua ed elettricità verde è stato prodotto dai ricercatori del progetto Kopernikus P2X presso l'Istituto di Tecnologia di Karlsruhe.

Nell'agosto 2019 sono state realizzate per la prima volta nell'impianto di prova tutte e quattro le fasi del processo chimico per un processo continuo con il massimo sfruttamento dell'anidride carbonica e un'efficienza energetica particolarmente elevata in un container.

"Il vento e il sole ci forniscono una quantità sufficiente di energia in tutto il mondo, ma non sempre al momento giusto", afferma il professor Roland Dittmeyer del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), coordinatore del cluster di ricerca "Idrocarburi e alcoli a catena lunga" nell'ambito del progetto Kopernikus "Power-to-X" (P2X), descrivendo il dilemma della transizione energetica. Inoltre, alcuni importanti segmenti di trasporto, come l'aviazione o il trasporto di merci pesanti, avranno bisogno di carburanti a lungo termine, poiché hanno un'alta densità energetica". È quindi sensato immagazzinare l'elettricità verde precedentemente inutilizzata in fonti di energia chimica.

I partner Climeworks, Ineratec, Sunfire e KIT hanno ora combinato le necessarie fasi del processo chimico in un sistema compatto, realizzando un funzionamento accoppiato e dimostrando così il principio di funzionamento. La combinazione tecnologica promette un utilizzo ottimale dell'anidride carbonica utilizzata e la massima efficienza energetica possibile, poiché i flussi di materiale ed energia vengono riciclati internamente.

L'attuale impianto di prova può produrre circa dieci litri di carburante al giorno. Nella seconda fase del progetto Kopernikus P2X, sarà presto sviluppato un impianto con una capacità di 200 litri al giorno. Successivamente, sarà costruito un impianto dimostrativo pre-industriale della potenza di un megawatt, cioè con una capacità di produzione di circa 1500-2000 litri al giorno. In teoria, ciò consentirebbe di raggiungere un'efficienza di circa il 60%, cioè di immagazzinare il 60% dell'elettricità verde utilizzata come energia chimica nel carburante.

Quattro passi verso la benzina

Nella prima fase, il sistema estrae l'anidride carbonica dall'aria ambiente in un processo ciclico. La tecnologia di cattura diretta dell'aria di Climeworks, uno spin-off della Politecnico di Zurigoutilizza un materiale filtrante appositamente trattato. Come una spugna, i filtri attraverso i quali passa l'aria assorbono le molecole di anidride carbonica. Sotto vuoto e a 95 gradi Celsius, l'anidride carbonica aderente si scioglie dalla superficie e viene pompata fuori.

Questo sistema di Climeworks filtra la CO₂ dall'aria ambiente. Screenshot: climeworks.com

Co-elettrolisi

La seconda fase prevede la scissione elettrolitica simultanea di anidride carbonica e vapore acqueo. La cosiddetta co-elettrolisi dell'azienda tecnologica Sunfire produce idrogeno e monossido di carbonio in un'unica fase di processo, un gas di sintesi che costituisce la base per un'ampia gamma di processi nell'industria chimica. La co-elettrolisi, con un elevato grado di efficienza, può legare chimicamente l'80% dell'elettricità verde utilizzata nel gas di sintesi su scala industriale.

Processo Fischer-Tropsch

Nella terza fase, dopo la Processo Fischer-Tropsch Dal gas di sintesi si formano molecole di idrocarburi a catena lunga, prodotti grezzi per i carburanti. Ineratec, uno spin-off del KIT, fornisce un reattore che offre un'ampia superficie in uno spazio molto ridotto per dissipare in modo sicuro il calore del processo e utilizzarlo per altre fasi del processo. Il processo può essere facilmente controllato in questo modo, può far fronte a variazioni di carico ed è espandibile in modo modulare.

Principio di funzionamento del sistema Climeworks. Schermata: climeworks.com

Ottimizzazione del carburante

Infine, la quarta fase ottimizza la qualità del carburante e la resa. Il KIT ha integrato questo sottoprocesso, noto come idrocracking, nella catena di processo. In un'atmosfera di idrogeno, le lunghe catene di idrocarburi vengono parzialmente scomposte in presenza di un catalizzatore di platino-zeolite, modificando così lo spettro dei prodotti verso carburanti più utilizzabili come benzina, paraffina e diesel.

Il processo offre un potenziale particolarmente elevato in termini di modularità. Grazie al basso rischio di scalabilità, la soglia di realizzazione è significativamente più bassa rispetto a quella di un impianto chimico centralizzato su larga scala. Il processo può essere installato su base decentrata e può quindi essere utilizzato ovunque sia disponibile energia solare, eolica o idroelettrica.

Il primo impianto di prova integrato power-to-liquid (PtL) al mondo per la sintesi di carburanti dall'anidride carbonica presente nell'aria. Foto: Auto-Medienportal.Net/Prpjekt Power2X

Uso flessibile delle risorse rinnovabili

"Power-to-X" si riferisce alle tecnologie che convertono l'elettricità da fonti rinnovabili in accumulo di energia materiale, vettori energetici e prodotti chimici ad alta intensità energetica. Ciò significa che le energie rinnovabili possono essere utilizzate sotto forma di carburanti personalizzati per i veicoli a motore o in plastiche migliorate e prodotti chimici ad alto valore aggiunto. Nell'ambito del programma Kopernikus del governo tedesco, è stata creata una piattaforma di ricerca nazionale per questo tema complesso con il progetto "Power-to-X" (P2X).

Nel P2X sono coinvolti 18 istituti di ricerca, 27 aziende industriali e tre organizzazioni della società civile. L'obiettivo è portare i nuovi sviluppi tecnologici alla maturità industriale entro dieci anni. La prima fase di finanziamento si concentrerà sul lavoro di ricerca sull'intera catena del valore, dall'energia elettrica alle fonti di energia materiale e ai prodotti.

Fonte: ampnet/Sm