Il futuro è sintetico? I carburanti elettronici e il futuro sistema energetico

Il futuro è sintetico? I carburanti elettronici e il futuro sistema energetico

Ho già parlato in precedenza delle sfide di trovare una fonte di energia per le industrie che hanno bisogno di una fonte di energia concentrata come l'aviazione o anche il volo spaziale. Nella mia discussione ho evidenziato le sfide che le batterie e l'idrogeno hanno con la densità energetica e ho anche suggerito l'ammoniacacome possibile alternativa. C'è una prospettiva allettante che non ho ancora affrontato... i combustibili sintetici.

La premessa deicombustibili sintetici è che un idrocarburo liquido può essere formato sia da biomassa che da idrogeno reagente con l'anidride carbonica. Attualmente i combustibili liquidi alternativi sono generalmente derivati da biomassa - sono comunque i combustibili prodotti da idrogeno puro, chiamati e-fuels, che forniscono una prospettiva interessante per i settori di decarbonizzazione che hanno bisogno di una fonte di energia ad alta densità.

Leprospettive energetichedella BP per il 2019pongono ladomanda globale annuale di carburanti per il trasporto a poco meno di 2000 milioni di tonnellate nel 2035.... Un graduale aumento rispetto ai 1500 milioni di tonnellate consumate oggi. La parte dei leoni è assorbita dai camion e circa un terzo dal trasporto aereo e marittimo. I camion, il trasporto marittimo e l'aviazione rappresentano la sfida più grande alla decarbonizzazione - poiché attualmente non esiste un'alternativa verde scalabile, soprattutto a causa della densità energetica delle fonti alternative di energia attualmente disponibili. È questa la sfida della densità energetica che i carburanti elettronici rappresentano una soluzione potenzialmente interessante.

Come vengono prodotti gli e-fuels?

Per produrre e-fuels è necessario disporre di idrogeno puro e monossido di carbonio in abbondanza. Il monossido di carbonio viene prodotto facendo passare l'anidride carbonica attraverso l'eccitante reazione chiamata 'reverse water gas shift' che utilizza l'elettricità per scindere le molecole di anidride carbonica. Ci sono molte fonti di anidride carbonica là fuori, come il metano, il carbone o anche la biomassa. Il vantaggio di usare quell'anidride carbonica in questo processo è che non verrebbe rilasciata nell'atmosfera o sequestrata.

L'idrogeno, richiesto in grandi volumi, sarebbe più costoso da trovare. Tuttavia, in un mondo guidato dall'idrogeno, la prospettiva di abbondante idrogeno "verde" prodotto dall'energia eolica offshore attraverso l'elettrolisi è la fonte più promettente. In alternativa, sia l'idrogeno che l'anidride carbonica potrebbero essere ottenuti dal metano che brucia a vapore. Ovunque l'idrogeno provenga dal processo, è probabile che l'energia sia molto intensa!

Il processo finale di e-fuels si chiama FischerTropsch. Il processo ha bisogno di un catalizzatore come il cobalto, il rutenio o il ferro. La materia prima di idrogeno puro e monossido di carbonio viene fatta reagire con il catalizzatore in una camera sotto pressione - il risultato è l'idrocarburo liquido puro. Questo processo genera molto calore, quindi è importante trovare una casa per quel calore! È questa generazione di calore che rende il processo piuttosto inefficiente, poiché gran parte dell'energia disponibile nelle molecole di idrogeno viene persa come calore. Se questo calore può essere utilizzato, per esempio in un processo industriale o nelteleriscaldamento, allora c'è la possibilità di migliorare l'efficienza complessiva del sistema.

I carburanti elettronici funzioneranno in futuro?

Studi come quello della RoyalSociety hanno fissato i costi a circa un euro e mezzo al litro entro il 2050. Tuttavia il prezzo di quattro euro e cinquanta al litro ora li rende davvero fuori dal mercato!

Nel caso in cui la legislazione spinge i camion, aviazione e marina a zero carbonio allora credo che e-fuels sintetico sarà probabilmente da parte della storia. In che misura dipenderà dalla profondità della decarbonizzazione e da come le tecnologie concorrenti potranno spingere la frontiera della densità energetica. Inoltre, il comportamento umano avrà un impatto sulla domanda di applicazioni che richiedono elevate densità di energia - il trasporto su strada potrebbe essere spostato su rotaia elettrificata? Ci saranno meno viaggi a lungo raggio? Per esempio.

Infine, vale la pena di notare che i catalizzatori utilizzati nel processo sono difficili da trovare e si presentano con le loro sfide. In particolare l'estrazione del cobalto ha alcune importanticonsiderazioni etiche, così come il nichel, di cui il rutenio è un sottoprodotto. Sembra che, come per la tecnologia delle batterie, tutte le vie di comunicazione debbano essere considerate sostenibili e non solo a basse emissioni di carbonio.

John è l'autore del libro "The Future of Energy", disponibile su Amazon, Regno Unito, USA,

Foto per gentile concessione di Unsplash.