Benzina sintetica: e-Fuel in arrivo prima del previsto, ma costano un botto
Il tempo scorre ma la tecnologia non si ferma. Anche con l'elettrificazione ormai ben radicata, rimane un certo interesse - e anche una gran necessità - per i cosiddetti e-Fuel, vale a dire i carburanti sintetici. In accordo con il Green Deal, questi daranno un ottimo contributo per decarbonizzare determinati settori "difficili da elettrificare" come il trasporto aereo e navale... ma anche, magari, per tenere in vita qualche motore a pistoni tradizionale senza che debba emettere per forza CO2.
Dopo l'approvazione degli e-Fuel da parte dell'UE come "arma autorizzata" alla transizione verso la neutralità carbonica, in molti abbiamo ricominciato a parlarne dopo anni di quasi silenzio. Sì, perché il "come farli" è già ben noto: addirittura dal 1925 in laboratorio, e dal 1934 a livello industriale. E ora sappiamo che dal 2030 apriranno nuovi impianti produttivi su larga scala, mentre dal 2050 ne verrà prodotta una quantità in linea con le necessità per la transizione completa.
Ma perché ci vuole così tanto, se già sappiamo creare e-Fuel ormai da quasi 100 anni? Andiamo per gradi e scopriamolo, grazie a una recente convegno sui combustibili di sintesi tenutosi all'Accademia dei Lincei, organizzato in collaborazione con la Società Chimica Italiana (SCI), l’Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica (AIDIC), il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e Federchimica.
Cosa sono gli e-Fuel?
Partiamo dalle basi: gli e-Fuel sono combustibili sintetici ricavati dalla combinazione di idrogeno prodotto attraverso elettrolisi (alimentata da fonti rinnovabili, come il solare o l'eolico) e anidride carbonica catturata dall'atmosfera o direttamente da impianti industriali. Insieme, vanno a formare gli idrocarburi sfruttabili come carburanti, come benzina e gasolio. Questo processo di produzione permette agli e-Fuel di essere carbon neutral, poiché la CO2 rilasciata durante la combustione viene bilanciata da quella sottratta in fase di produzione. A differenza dei combustibili fossili tradizionali, quindi, gli e-Fuel non immettono nuova anidride carbonica nell'ambiente.
Uno dei punti di forza degli e-Fuel è la versatilità: possono essere utilizzati nei motori a combustione interna già esistenti, senza necessità di infrastrutture nuove e costose. Inoltre, rappresentano un’opzione concreta per i settori cosiddetti "hard-to-abate", come l'aviazione e il trasporto marittimo. Questi settori, per via delle elevate esigenze energetiche e dei lunghi tempi di percorrenza, trovano limitazioni nei sistemi a batteria attualmente disponibili.
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Il processo di produzione e il problema principale
La produzione di e-Fuel si basa su due principali tecniche industriali: la sintesi di idrocarburi tramite la Reazione di Fischer-Tropsch e la sintesi di metanolo. Nel primo caso, l'anidride carbonica (CO2) reagisce con l’idrogeno (H) per produrre monossido di carbonio (CO) e acqua, in una reazione chiamata Reverse Water Gas Shift (RWGS). Dopodiché, il CO viene utilizzato per produrre idrocarburi a catena lunga (la lunghezza della catena è una delle caratteristiche di base che distinguono i vari idrocarburi), che vengono poi raffinati in combustibili. La sintesi di metanolo, invece, permette di ottenere idrocarburi utilizzando direttamente CO2 e idrogeno.
Entrambe queste tecnologie sono più antiche di quanto si potrebbe pensare: per darvi un accenno storico, la Reazione di Fischer-Tropsch venne scoperta dagli scienziati tedeschi che la studiarono in laboratorio nel 1925, ma già dal 1936 la Germania nazista la sfruttava a livello industriale a pieno regime per non dover dipendere da importazioni estere di petrolio.
Dunque sono tecnologie mature e ben note alla scienza, ma soffrono di un problema comune: l'efficienza. Il processo di conversione dell'energia elettrica in combustibile liquido ha un'efficienza di appena il 13-15%. In altre parole, e semplificando molto, si "usano" ben 7 unità di energia "pura" per ottenere indietro solo un'unica unità di energia sotto forma di e-Fuel.
La ricerca si sta concentrando proprio sotto questo aspetto: fra le nuove tecnologie si possono citare i reattori tandem, che potrebbero incrementare la resa combinando più fasi di reazione in un singolo processo. Allo stesso tempo, le tecniche già utilizzate per i biocombustibili possono integrarsi con la produzione di e-Fuel, sfruttando scarti biologici per produrre gas di sintesi.
Sul fronte dell'idrogeno verde
Uno dei principali ostacoli alla diffusione degli e-Fuel è la produzione di idrogeno verde. Attualmente, il metodo più diffuso è l'elettrolisi alcalina, che ha un'efficienza del 60-70%. Tuttavia, esistono tecnologie più avanzate, come gli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM) e gli elettrolizzatori a ossidi solidi (SOEC), che possono raggiungere efficienze fino all'85-90%.
Anche se questi progressi sono promettenti, al momento l'idrogeno verde rimane più costoso rispetto all'idrogeno ottenuto da fonti fossili (il cosiddetto idrogeno "blu"), che, associato alla cattura della CO2, potrebbe rappresentare una soluzione temporanea.
Anidride carbonica da "catturare"
La cattura della CO2 è un elemento essenziale nella produzione di e-Fuel, ma anche qui i costi sono relativamente elevati. Le tecnologie attuali si basano su processi industriali già ben consolidati, come le soluzioni a base di ammine o carbonati alcalini, che però richiedono elevati dispendi energetici. I progressi più interessanti potrebbero arrivare dall'uso di materiali nanoporosi come i MOF (metal-organic frameworks) e i COF (covalent organic frameworks), che offrono un maggiore potenziale in termini di rendimento.
Un’ulteriore sfida è rappresentata dalla cattura diretta della CO2 dall'aria (Direct Air Capture, o semplicemente DAC), che richiede ancora importanti sviluppi tecnologici per diventare competitiva. Tuttavia, la cattura della CO2 da impianti industriali, come cementifici e acciaierie, potrebbe essere già una soluzione efficace a breve termine, in attesa che nuove tecnologie si affermino.
Il problema economico
Nonostante le potenzialità tecniche, il successo degli e-Fuel dipenderà in larga parte dalla loro competitività economica. Attualmente, i costi di produzione sono ancora proibitivi: il prezzo degli e-Fuel è stimato da 3 a 10 volte superiore rispetto al gasolio e alla benzina tradizionali. Per fare un paragone, immaginate di andare alla pompa e vedere il gasolio a 5,00 euro/Litro nel caso migliore, o a quasi 17 euro/Litro in quello peggiore.
Questo distacco deriva principalmente dall'alto costo dell'energia elettrica necessaria per alimentare i processi di elettrolisi e dalla cattura della CO2. Per altro, il prezzo finale degli e-Fuel dipenderebbe in modo diretto dal prezzo dell'elettricità.
Per abbattere questi costi, sarà cruciale lo sviluppo di energia rinnovabile a basso costo e, in alcuni casi, potrebbe essere necessaria l’introduzione di incentivi e regolamenti, come l’aumento della carbon tax. Inoltre, gli e-Fuel dovranno competere con altre tecnologie consolidate, come i biocombustibili di seconda generazione, che già oggi offrono una soluzione sostenibile utilizzando scarti agricoli e forestali.
Ma quindi gli e-Fuel converranno?
Nonostante le difficoltà attuali, gli e-Fuel potrebbero diventare una realtà su larga scala entro il 2030, con una maggiore diffusione prevista intorno al 2050. Il loro percorso è tracciato, ma affinché possano affermarsi come alternativa ai combustibili fossili e contribuire alla decarbonizzazione dei trasporti, sarà necessaria una combinazione di ricerca tecnologica, abbattimento dei costi e politiche incentivanti.
Sull'utilità, non ci sono dubbi: per i settori complessi come il trasporto navale e quello aereo sarà quasi un obbligo, così come potrebbe essere un'opzione interessante per il trasporto su gomma. Diverso è il caso del trasporto privato, dove l'elettrificazione continua ad avanzare nelle gamme di tuttii marchi automobilistici: qui gli e-Fuel potrebbero trovarsi ad alimentare auto storiche o pre-esistenti, vale a dire le attuali vetture Euro 6, o magari modelli speciali futuri. In ogni caso, se si può tenere in vita il motore endotermico per poche eccezioni e renderlo pure carbon neutral, di certo farà piacere a tutti gli appassionati.
