materiali e tecnologie

Produrre carburanti sintetici
“riciclando” l’anidride carbonica:
una sfida anche ticinese

La SUPSI è all’interno del consorzio di ricerca Refuel.ch, che ha ottenuto consistenti fondi dall’Ufficio federale dell’energia per lo sviluppo di carburanti a emissione zero di CO2, destinati soprattutto ad aerei e navi

di Simone Pengue

Alla domanda “Lei è ottimista?” risponde con un sorriso disilluso: «Ho tre figlie», come dire: «Da scienziato non posso, ma da padre devo». Si parla, purtroppo, di cambiamento climatico e l’interlocutore è Maurizio Barbato, professore alla SUPSI e direttore ad interim dell’Istituto di ingegneria meccanica e tecnologia dei materiali (MEMTi). La SUPSI e il Ticino entrano in prima fila nella lotta per l’ambiente, schierando ben due laboratori all’interno del consorzio di ricerca Refuel.ch (Renewable Fuels and Chemicals for Switzerland, in italiano “combustibili e composti chimici rinnovabili per la Svizzera”), che ha appena ricevuto il via libera dal programma di promozione SWEET (SWiss Energy research for the Energy Transition) dell’Ufficio federale dell’energia (UFE). La cordata di istituti, aziende e istituzioni svizzere punta allo sviluppo di carburanti sintetici a emissione netta zero, riciclando la CO₂ (anidride carbonica) prodotta come materiale di scarto in altri processi. Non si tratterà di studi di base o astratti, ma di solide prove sul campo. «Il progetto non vuole distaccarsi dalla realtà con una ricerca volatile e fine a sè stessa, ma intende restare orientato al risultato» - precisa infatti Maurizio Barbato. 

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Refuel.ch avrà a disposizione 17,6 milioni di franchi, 15 milioni dei quali forniti da SWEET, per contribuire a raggiungere l’obiettivo previsto dalla Strategia energetica 2050 di rimpiazzare con carburanti ecologici il 70% dei consumi totali entro il 2050. Per quanto si tratti di un importante investimento, il direttore di MEMTi ritiene che «questi soldi purtroppo non siano abbastanza. Forse non si è ancora capito che siamo talmente indietro rispetto al clima che bisogna moltiplicare l’investimento almeno per 10». Il consorzio, guidato dall’Istituto federale di ricerca sui materiali (EMPA), vedrà fianco a fianco per sette anni ben otto istituzioni, tra le quali i due Politecnici federali EPFL e ETH, il Paul Scherrer Institut, l’Università di Basilea e le Scuole universitarie professionali della Svizzera nordoccidentale FHNW, di Zurigo ZHAW e, appunto, della Svizzera italiana, oltre all’azienda ticinese Casale SA.

RICERCHE DA QUASI UN SECOLO - I carburanti sintetici - ovvero non derivati dal petrolio, ma da reazioni chimiche di sintesi - non sono certo una novità e si conoscono già da quasi un secolo. La Germania nazista, ad esempio, li produceva per aggirare l’embargo sul petrolio imposto dagli Alleati durante la Seconda Guerra Mondiale. Per farlo, però, il Terzo Reich utilizzava il carbone, disinteressandosi completamente delle conseguenze ambientali di questa tecnica. Il problema è che per produrre carburanti sintetici bisogna utilizzare energia: «Praticamente - spiega Barbato - il processo che si fa è quello inverso alla combustione». La sfida di Refuel.ch è produrli a zero emissioni di CO2 nette, quindi senza mai consumare combustibili fossili lungo la filiera. Il primo passo è la produzione di metanolo, un alcol (composto da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno) che può essere poi trasformato in carburante o plastica. Chimicamente, il processo ha bisogno di due “ingredienti” principali: l’anidride carbonica (che è composta da carbonio e ossigeno) e l’idrogeno. Il progetto di Refuel.ch intende ottenere l’anidride carbonica da fonti rinnovabili di scarto come le biomasse, o dagli inceneritori. Per ottenere l’idrogeno, invece, bisogna “spezzare” l’acqua, e questo passaggio richiede necessariamente l’immissione di energia. Il consorzio punta a ottenerla da fonti rinnovabili come centrali idroelettriche o pannelli solari, sfruttando l’elettricità prodotta in eccesso durante alcuni momenti della giornata. Il processo ha già dato buoni frutti in precedenti esperimenti di laboratorio, ma ora richiede un certosino lavoro di ottimizzazione e ingegnerizzazione per l’applicazione reale. 

SUDDIVIDERE I COMPITI - I ricercatori che partecipano a Refuel.ch si sono ripartiti i compiti a seconda delle proprie specializzazioni, lavorando in sinergia su scala nazionale. Le competenze dei gruppi di ricerca SUPSI guidati da Maurizio Barbato e Giovanni Maria Pavan riguardano le analisi computazionali che permettono di studiare nel dettaglio le condizioni migliori per i vari processi chimici. Il loro compito è quello di mettere a fuoco - nelle simulazioni - materiali, forme e dimensioni di catalizzatori e reattori, per consentire all’intero procedimento di essere efficiente.
La prima fase del progetto sarà basata sugli esperimenti in laboratorio e sulle analisi computazionali, ma la seconda cercherà di mettere in pratica quanto studiato, includendo istituzioni e aziende del territorio. In particolare, il progetto pilota ospitato in Ticino vedrà la SUPSI affiancata da collaboratori locali quali l’Azienda Multiservizi di Bellinzona AMB, la società di consulenza ingegneristica IFEC di Rivera e la Divisione dell’Ambiente del Dipartimento del Territorio del Canton Ticino. La sperimentazione proverà a produrre i carburanti sintetici con una filiera a “chilometro zero”: l’energia per la produzione dell’idrogeno sarà fornita dai pannelli solari presenti sulle nostre montagne, mente la CO₂ proverrà da un impianto di depurazione o da un inceneritore. 

AEREI, NAVI, MA ANCHE AUTOMOBILI - Nonostante la destinazione primaria dei carburanti sintetici ecologici siano i settori navale e aerospaziale, perché non possono ricorrere ad alternative elettriche, quella del mercato automobilistico è altrettanto significativa. Nonostante l’aumento costante delle vetture elettriche, la diffusione della benzina e del diesel è molto capillare e sostenuta da un’efficiente rete di distribuzione, che può essere sfruttata per i carburanti ecologici. Inoltre, non occorre convertire una tecnologia, quella del motore a scoppio, già presente in tutto il globo con circa un miliardo di veicoli.
I carburanti sintetici, che ora costano circa quattro volte quelli derivati dal petrolio, dovrebbero raggiungere prezzi competitivi entro il 2040, attestandosi a circa un franco al litro nel mercato all’ingrosso.

Le ricerche di Refuel.ch includeranno anche studi sociali, economici e politici, per cercare di capire come favorire la permeabilità dei carburanti sintetici nella pratica industriale a livello nazionale e internazionale. L’energia, infatti, è anche una questione economica e geopolitica importante, come dimostrato dal coinvolgimento nel sostegno del progetto da parte dell’Ufficio federale dell’aviazione civile (UFAC) e dell’Ufficio federale dell’armamento armasuisse. Considerando tutto l’insieme, Maurizio Barbato confessa: «La mia paura è che ci possa essere una carenza di materia prima, l’idrogeno, che dovrà essere prodotto in quantità massive». Le regioni più adatte per quest’attività sono quelle con grande disponibilità di Sole: in particolare, Nordafrica e Penisola araba. Per questo motivo, la Svizzera difficilmente sarà autosufficiente per la produzione di carburanti sintetici ecosostenibili e potrebbe non sopperire alle debolezze messe in risalto dalla recente crisi energetica. I risultati di questo progetto di ricerca, in ogni caso, potranno portare all’esportazione di metodi e tecnologie utili alla risoluzione del problema.