L'industria chimica potrebbe diventare totalmente carbon neutral

L'industria chimica potrebbe diventare totalmente carbon neutral

L'industria chimica potrebbe diventare carbon neutral, secondo una nuova ricerca.

Il Consiglio federale svizzero ha deciso che il paese dovrebbe diventare neutrale rispetto al carbonio entro il 2050. Questo può essere impegnativo per quanto riguarda il traffico automobilistico e l'intero settore energetico, ma non impossibile - con l'elettrificazione sistematica e l'uso esclusivo di fonti di energia a zero emissioni, per esempio.

Un cambiamento di questo tipo sarà più difficile per l'industria chimica. Mentre per molti altri settori industriali una delle preoccupazioni principali è la loro efficienza energetica, l'industria chimica deve anche affrontare la questione delle materie prime.

"I polimeri, la plastica, le fibre tessili sintetiche e le medicine contengono tutti carbonio. Deve venire da qualche parte", spiega Marco Mazzotti, professore di ingegneria di processo all'ETH di Zurigo. Allo stato attuale, la maggior parte di questo carbonio proviene dal petrolio e dal gas naturale. Durante la produzione e quando i prodotti chimici vengono bruciati o si decompongono alla fine della loro vita, rilasciano_CO2.

Usando cifre concrete e la produzione di metanolo come caso di studio, Mazzotti e colleghi del Politecnico di Zurigo e dell'Università di Utrecht hanno ora confrontato sistematicamente vari approcci che mirano a ridurre a zero le emissioni nette di_CO2 dell'industria chimica. La principale conclusione del nuovo studio è che l'obiettivo di raggiungere le emissioni nette di_CO2 nell'industria chimica è in effetti raggiungibile.

Tutti gli approcci che lo studio ha esaminato per raggiungere questo obiettivo, tuttavia, hanno sia vantaggi che svantaggi, che si manifestano in modo diverso nelle diverse regioni del mondo. Inoltre, tutti e tre i concetti richiedono più energia (sotto forma di elettricità) rispetto agli attuali metodi di produzione.

I tre metodi proposti dai ricercatori sono i seguenti:

• Un approccio consiste nel continuare a usare le risorse fossili come materie prime, ma catturando sistematicamente le_{emissioni di}CO2 e sequestrandole nel sottosuolo con un processo noto come cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Il grande vantaggio qui è che i processi di produzione industriale di oggi non avrebbero bisogno di essere cambiati. Tuttavia, i siti di stoccaggio devono essere adatti in termini di geologia, offrendo per esempio strati sedimentari profondi che contengono acqua salata. Tali siti non si trovano in tutto il mondo.
• Un altro approccio vedrebbe l'industria utilizzare il carbonio dalla_CO2 catturata in anticipo dall'aria o dai gas di scarico industriali. Questo processo è chiamato cattura e utilizzo del carbonio (CCU). L'idrogeno necessario per i prodotti chimici potrebbe essere ottenuto dall'acqua usando l'elettricità. L'approccio comporterebbe una grande revisione dei processi di produzione chimica e la ricostruzione di grandi parti dell'infrastruttura industriale. Inoltre, richiede una quantità estremamente grande di elettricità, da sei a dieci volte di più della CCS. "Questo metodo può essere raccomandato solo in paesi con un mix di elettricità a zero emissioni di carbonio", spiega Mazzotti. "Dimostriamo chiaramente che l'utilizzo di grandi quantità di elettricità da centrali a carbone o a gas sarebbe, in effetti, molto peggiore per il clima rispetto all'attuale metodo di produzione basato sui combustibili fossili".
• Un'ultima opzione sarebbe quella di utilizzare la biomassa (legno, piante da zucchero, piante oleose) come materia prima per l'industria chimica. Anche se questo metodo richiede meno elettricità degli altri, comporta un uso molto intensivo della terra per coltivarele colture - richiedendo 40-240 volte più terra degli altri approcci.

Mazzotti e i suoi coautori hanno basato il loro studio sulla produzione di metanolo, che è simile al processo usato per produrre combustibili.

Il loro lavoro quindi informa anche la discussione sui futuri carburanti per aerei, dice Mazzotti. "Sentiamo dire continuamente, anche dagli esperti, che l'unico modo in cui l'aviazione può diventare a zero emissioni di carbonio è attraverso l'uso di carburanti sintetici", dice. "Ma questo non è vero".

La produzione di combustibili sintetici è un processo ad alta intensità energetica. Se l'elettricità delle centrali a carbone o a gas venisse usata per questo scopo, i combustibili sintetici avrebbero un'impronta di carbonio ancora più grande dei combustibili fossili. Lo studio mostra che ci sono almeno due alternative praticabili ai combustibili sintetici: l'aviazione potrebbe continuare a usare i combustibili fossili se la_CO2 emessa dagli aerei fosse catturata e sequestrata altrove, oppure i combustibili potrebbero essere ottenuti dalla biomassa.

La ricerca appare inRicerca sulla chimica industriale e ingegneristica.

Questo progetto di ricerca è stato finanziato dal Centro di competenza svizzero per la ricerca energetica-Efficienza dei processi industriali (SCCER-EIP) e dall'Ufficio federale dell'energia.

Fonte: ETHZurigo via FUTURITY. ORG

Studio originale DOI: 10.1021/acs.iecr.9b06579