Un gruppo di ricerca coreano ha prodotto idrocarburi liquidi, componenti di benzina e nafta, usando anidride carbonica e idrogeno. Ha attirato attenzione perché è un caso in cui si sono creati combustibili e materie prime chimiche senza neanche una goccia di petrolio greggio. Questo risultato è arrivato da un impianto pilota del Korea Research Institute of Chemical Technology. Anche prima esistevano tecnologie simili di combustibili sintetici. Però servivano due fasi: prima trasformare l’anidride carbonica in monossido di carbonio e poi combinarla di nuovo con l’idrogeno. I ricercatori hanno spiegato che questa volta hanno ridotto tutto a un solo passaggio, mostrando la possibilità di semplificare il processo e di ridurre uso di energia e costi. Al momento la produzione è di circa 50kg al giorno. Se la confrontiamo con la dimensione del mercato nazionale dei combustibili e della petrolchimica, è ancora una fase di dimostrazione molto piccola. I ricercatori puntano a un processo commerciale che produca più di 100000 tonnellate all’anno negli anni 2030. In una situazione in cui cresce l’instabilità della fornitura di petrolio greggio, è nata anche l’aspettativa che possa diventare un’alternativa per ridurre la dipendenza dalle importazioni.
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Dire che si fa benzina senza petrolio greggio, cosa significa esattamente
Quando si vede la notizia per la prima volta, sembra un po’ strana. Benzina e nafta di solito non si fanno raffinando il petrolio greggio estratto dal sottosuolo? Qui il punto importante è separare il 'prodotto finale' dalla 'materia prima di partenza'. Quello che è stato prodotto questa volta sono idrocarburi liquidi (molecole liquide formate da carbonio e idrogeno) della categoria benzina e nafta, e significa che il punto di partenza non era il petrolio greggio ma l’anidride carbonica e l’idrogeno.
Se capisci questo, la notizia diventa molto più chiara. Benzina e nafta non sono sostanze speciali che esistono solo nel petrolio greggio, ma miscele di vari idrocarburi. Perciò, anche senza separarle facendo bollire il petrolio greggio, se si ricombinano carbonio e idrogeno per creare una gamma simile di molecole, si può arrivare alla stessa famiglia di prodotti. In modo semplice, non è 'combustibile separato dal petrolio greggio', ma un 'combustibile sintetizzato da zero'.
Da qui viene anche il punto in comune tra la raffineria e questa tecnologia. In entrambi i casi, alla fine, si producono idrocarburi liquidi che le persone possono usare. Però la raffineria è più vicina a separare e modificare molecole già presenti nel petrolio greggio, mentre questa tecnologia parte da molecole più semplici, CO2 e H2, ed è più vicina a un processo che costruisce da zero le molecole necessarie. Se capisci questa differenza, capisci che 'benzina senza petrolio greggio' non è un’esagerazione ma una spiegazione chimica.
Questa tecnologia ha mostrato un nuovo percorso di materie prime che può sostituire il petrolio greggio.
Il prodotto chiave è la familiare benzina e nafta, ma il punto di partenza è diverso: CO2 e idrogeno.
In cosa sono uguali e in cosa sono diversi la raffineria e il processo di combustibile sintetico da CO2
| Voce di confronto | Raffinazione tradizionale | Combustibile sintetico basato su CO2 |
|---|---|---|
| Materia prima di partenza | Petrolio greggio | Anidride carbonica + idrogeno |
| Metodo di produzione | Il petrolio greggio viene distillato, scisso e riformato per adattarsi alle specifiche del prodotto | Le molecole di idrocarburi vengono sintetizzate di nuovo tramite reazioni catalitiche |
| Fase intermedia | Si separano e trattano le varie frazioni del petrolio greggio | La conversione della CO2, l'idrogenazione e la sintesi di idrocarburi sono i punti chiave |
| Prodotto finale | Benzina, nafta, gasolio ecc. | Idrocarburi liquidi della categoria benzina·nafta |
| Punti di forza | Il sistema di produzione su larga scala è già completato | Si possono produrre prodotti della stessa famiglia anche senza petrolio greggio |
| Limiti | Dipendenza dall'estrazione e dall'importazione di petrolio fossile | I costi di elettricità e idrogeno e la verifica della scalabilità sono ancora una sfida |
Usare di nuovo la CO2 come carburante non vuol dire eliminare il carbonio, ma farlo circolare di nuovo
Qui c'è una parte che confonde molto. Quando si dice si trasforma l'anidride carbonica in carburante, sembra quasi che i gas di scarico diventino all'improvviso energia. In realtà è quasi il contrario. La CO2 è già una molecola abbastanza stabile, quindi non diventa da sola un buon carburante. Per questo è più corretto capire questa tecnologia così: non si brucia la CO2 stessa, ma si riusano gli atomi di carbonio al suo interno inserendoli di nuovo nelle molecole di carburante.
Perciò dire "si ricicla il carbonio" è in generale giusto, ma più precisamente vuol dire far circolare il carbonio ancora una volta. Si uniscono la CO2 catturata e l'idrogeno per produrre metanolo o carburanti sintetici, e quando si usano questi carburanti il carbonio alla fine torna di nuovo nell'atmosfera. Quindi, più che una tecnologia che elimina il carbonio per sempre, è più vicina a una tecnologia che usa ancora una volta il carbonio esistente senza estrarre nuovi combustibili fossili.
Se capisci questo, diventa chiaro anche perché si dice che idrogeno ed elettricità sono importanti. Per trasformare di nuovo la CO2 in carburante serve molta energia esterna, e se quell'elettricità e quell'idrogeno si basano sui combustibili fossili, l'effetto sul clima può ridursi molto. Al contrario, usando elettricità a basse emissioni di carbonio e idrogeno a basse emissioni, questo diventa uno strumento complementare utile in settori difficili da risolvere con le batterie, come aviazione, trasporto marittimo e trasporto a lunga distanza. Per questo il valore di questa tecnologia non sta tanto in una "magica rimozione del carbonio", ma nel valutare dove e in quali condizioni ha senso usarla.
Il successo o il fallimento della trasformazione della CO2 in carburante dipende non tanto dalla CO2 stessa, ma dal livello di emissioni di carbonio di idrogeno ed elettricità.
Più che un concorrente dell'auto elettrica, è più corretto vedere questa tecnologia come una soluzione complementare che copre i settori difficili da elettrificare.
In cosa sono diversi la trasformazione in carburante con CCU, il CCS e l'elettrificazione diretta
| Voce | Trasformazione in carburante con CCU | CCS | Elettrificazione diretta |
|---|---|---|---|
| Destino del carbonio | Dopo essere stato trasformato in carburante, viene emesso di nuovo | Dopo la cattura, stoccaggio nel sottosuolo | Si riduce l’uso stesso del carburante |
| Principale fonte di energia | Elettricità a basse emissioni di carbonio + idrogeno | Energia per cattura, compressione e stoccaggio | Elettricità |
| Settori adatti | Aviazione, trasporto marittimo, infrastruttura esistente per carburanti liquidi | Cemento, siderurgia e altre grandi fonti di emissioni | Auto private, riscaldamento, alcuni impianti industriali |
| Vantaggi | Può collegarsi al sistema di carburanti esistente | Può isolare il carbonio per molto tempo | L’efficienza energetica è in generale alta |
| Limite principale | Il peso di efficienza e costi è grande | Servono infrastrutture di stoccaggio e accettazione sociale | Non si applica subito a tutti i trasporti e processi |
La vera differenza di questa tecnologia: aver ridotto un processo in 2 fasi a 1 fase
| Voce di confronto | Conversione indiretta tradizionale in 2 fasi | Questa conversione diretta |
|---|---|---|
| Struttura del processo | Dopo aver trasformato la CO2 in CO, si sintetizzano di nuovo gli idrocarburi | Conversione diretta in idrocarburi liquidi in un unico sistema di reazione |
| Condizioni della prima fase | Per la RWGS serve un’alta temperatura di almeno 800℃ | Riduzione del carico separato della fase ad alta temperatura |
| Condizione della seconda fase | Per la reazione di Fischer-Tropsch sono necessari impianti ad alta pressione | Funziona a 270~330℃, a un livello di 10~30bar |
| Complessità degli impianti | Grande carico per reattore, gestione del calore e trattamento delle sostanze intermedie | C'è margine per ridurre il carico del numero di reattori e del collegamento del processo |
| Significato | In teoria era possibile, ma il carico di energia e costi era grande | Mostra la possibilità di ridurre l'uso di energia e il CAPEX (costo iniziale di investimento negli impianti) |
| Sfide rimaste | Esistono limiti già noti | Servono verifiche su durata del catalizzatore, selettività, funzionamento a lungo termine e scale-up |
Da 50kg al giorno a 100,000 tonnellate l'anno, quanto è lunga la strada se guardiamo i numeri?
Se convertiamo l'attuale pilota su base annuale, sono circa 18.25 tonnellate. Se lo confrontiamo con l'obiettivo, si vede subito che siamo ancora al punto di partenza.
Alla fine, dove nasce il collo di bottiglia della produzione di massa?
| Collo di bottiglia | Perché è importante | Punto da guardare mentre leggi adesso |
|---|---|---|
| Prezzo dell'idrogeno | Il combustibile sintetico usa molto idrogeno, quindi influisce molto sul costo finale | Se in un articolo tecnico vedi il piano di approvvigionamento dell'idrogeno, devi guardarlo insieme |
| Costo dell'elettricità | Il prezzo unitario dell'elettricità a basse emissioni di carbonio è collegato direttamente al costo dell'idrogeno | Senza assicurare elettricità rinnovabile, la sostenibilità economica può vacillare |
| Durata del catalizzatore | Se il catalizzatore si consuma in fretta, aumentano i costi operativi e i tempi di fermo | I dati su 'prestazioni mantenute anche dopo lungo uso' sono il punto chiave della commercializzazione |
| Fornitura di CO2 | È importante quanto stabilmente si può ricevere la CO2 catturata | È una fase in cui serve un modello di collegamento con centrali elettriche e fabbriche |
| Espansione dell'impianto | Gestione del calore, gestione della pressione e funzionamento continuo sono più difficili in impianti grandi | Il successo di un progetto pilota non significa subito il successo di un impianto commerciale |
Perché in Corea questa tecnologia viene vista come ancora più importante: la tabella di marcia della sicurezza energetica
Il motivo per cui questa tecnologia colpisce così tanto in Corea è che non è solo un semplice esperimento ecologico, ma è collegata a un vecchio problema di sicurezza energetica.
Fase 1: shock petrolifero degli anni 1970
La Corea ha una struttura in cui quasi tutto il petrolio greggio viene importato, quindi il forte aumento del prezzo internazionale del petrolio e i problemi di fornitura sono diventati subito un rischio per il funzionamento del paese. Da allora l'energia ha iniziato a essere vista non come un problema di prezzo, ma come un problema di sopravvivenza.
Fase 2: scorte e diversificazione delle fonti di importazione
Dopo, la Corea ha aumentato i mezzi per resistere accumulando riserve petrolifere, dividendo i fornitori di importazione e sviluppando il sistema del nucleare, della raffinazione e della petrolchimica. Il punto chiave era prepararsi a 'cosa fare se non si riesce a importare'.
Fase 3: cooperazione internazionale dopo gli anni 2000
Con l'adesione alla IEA, il sistema di risposta alle emergenze e il quadro di cooperazione internazionale si sono rafforzati. Però il fatto che la struttura stessa dipenda dalle importazioni non è cambiato molto.
Fase 4: shock della catena di approvvigionamento negli anni 2020
Con guerra, rischi in Medio Oriente e instabilità della logistica sovrapposti, il valore delle 'tecnologie energetiche e dei materiali che si possono sostituire nel paese' è tornato a crescere. Anche il fatto che i carburanti sintetici attirino attenzione è proprio in questo contesto.
Le importazioni coreane di petrolio greggio hanno ancora un'alta quota dal Medio Oriente
Se guardiamo i numeri, diventa ancora più chiaro perché nell'articolo si dice 'un'alternativa per ridurre la dipendenza dalle importazioni'.
Viene nominata insieme alla benzina, ma il ruolo della nafta è completamente diverso
| Voce | Benzina | Nafta |
|---|---|---|
| Uso principale | Carburante per auto | Materia prima per impianti petrolchimici |
| Chi la usa soprattutto | Guidatori e settore dei trasporti | NCC (impianto che scompone la nafta ad alta temperatura) e aziende chimiche |
| Significato della notizia | Collegata direttamente al prezzo del petrolio e al costo della vita | Collegata ai costi di produzione di plastica, fibre, gomma e altro |
| Perché è importante in Corea | Fornitura di carburante per il trasporto | Materia prima di partenza dell'industria petrolchimica |
| Significato di questa tecnologia | Possibilità di carburante sintetico senza petrolio greggio | Possibilità di una filiera nazionale per materie prime chimiche |
Il percorso di una goccia di nafta fino alla plastica
Per capire perché la nafta è importante nelle notizie sull'industria, basta guardare il suo percorso.
Fase 1: dalla raffinazione del petrolio greggio esce la nafta
La nafta è una miscela leggera di idrocarburi liquidi che si ottiene quando il petrolio greggio viene separato in base alla differenza dei punti di ebollizione. È una frazione vicina alla benzina, ma il suo ruolo principale è come materia prima per le fabbriche.
Fase 2: nell'NCC si spezza la nafta
NCC è l'abbreviazione di nafta cracker. La nafta viene spezzata con calore molto alto e trasformata in prodotti petrolchimici di base come etilene, propilene, butadiene e BTX.
Fase 3: i prodotti petrolchimici di base diventano materiali
Questi prodotti petrolchimici di base portano a vari materiali intermedi come plastica, fibre sintetiche, gomma sintetica, materiali da imballaggio e materie prime per detergenti. Quindi la nafta è quasi il primo passo per le fabbriche che producono beni di uso quotidiano.
Fase 4: la situazione internazionale si diffonde ai costi della manifattura interna
Se il prezzo della nafta o le fonti di importazione oscillano, possono oscillare anche i costi di produzione, dalla plastica fino ai componenti per auto. Per questo le notizie sulla nafta non sono solo notizie su materie prime, ma vanno lette come notizie sulla competitività della manifattura coreana.
Allora, come bisogna leggere questa notizia
Questa notizia non va letta come una dichiarazione del tipo 'finalmente non serve più usare il petrolio', ma piuttosto come la notizia che è arrivata una nuova strada che può scuotere poco a poco la struttura dipendente dal greggio. Dal punto di vista tecnico, è un progresso abbastanza grande. Hanno prodotto idrocarburi liquidi della categoria benzina·nafta usando CO2 e idrogeno, e sono arrivati perfino alla produzione pilota con un processo più semplice di prima.
Ma quando lo leggi come notizia industriale, bisogna fare un passo in più. 50kg al giorno è chiaramente una prova significativa, ma c’è ancora un grande divario rispetto all’obiettivo di progettare un processo produttivo da oltre 100000 tonnellate all’anno all’inizio degli anni 2030. A colmare questo divario, alla fine, sono elettricità a basse emissioni di carbonio a basso costo, fornitura di idrogeno, durata del catalizzatore, dati operativi di grandi impianti. Se in futuro escono notizie simili, invece di guardare solo 'quanti kg sono stati prodotti', se guardi insieme anche 'per quanto tempo, a quale costo e con quale elettricità ha funzionato', puoi valutarle in modo molto più preciso.
E nel contesto coreano c'è anche un altro significato. Questa tecnologia non riguarda solo il carburante, ma è collegata anche alla possibilità di sostituire in parte con una via nazionale materie prime petrolchimiche come la nafta. Cioè, è una notizia sulla tecnologia per la neutralità carbonica, ma allo stesso tempo anche una notizia sulla sicurezza energetica e sulla catena di fornitura industriale. Se capisci fino a qui, la prossima volta che vedi un articolo simile riuscirai a leggere distinguendo tra 'esperimento curioso' e 'cambiamento industriale realistico'.
Insieme alla quantità prodotta, hanno reso pubblici anche il periodo di funzionamento continuo, il metodo di approvvigionamento dell'idrogeno e la fonte di elettricità?
È chiaro il mercato obiettivo: sostituzione del carburante, sostituzione di materie prime chimiche, oppure un mercato specifico per miscele?
Ti spieghiamo come vivere in Corea
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