Come l'industria chimica può raggiungere gli obiettivi climatici

Entro il 2050, la nostra società dovrebbe ridurre le emissioni di CO₂-neutrale. Lo ha deciso il Consiglio federale della Svizzera. Sebbene ciò rappresenti una sfida per il traffico automobilistico e per l'intero settore energetico, è possibile, ad esempio con una consistente elettrificazione e con l'utilizzo esclusivo di tecnologie per la riduzione della CO₂-neutrali.

La transizione sarà più difficile per l'industria chimica. Mentre molti altri settori industriali devono occuparsi principalmente della loro efficienza energetica, l'industria chimica deve affrontare anche il problema delle materie prime. "Polimeri, plastiche, fibre tessili sintetiche e farmaci contengono carbonio. Da qualche parte deve arrivare", spiega Marco Mazzotti, professore di ingegneria dei processi all'ETH di Zurigo. Attualmente, la maggior parte di questo carbonio proviene dal petrolio greggio e dal gas naturale. Durante la produzione e quando i prodotti chimici vengono bruciati o decomposti alla fine del loro ciclo di vita, la CO₂.

Insieme ai colleghi dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Utrecht, Mazzotti ha sviluppato diversi approcci per ridurre al minimo le emissioni nette di CO₂-Le emissioni dell'industria chimica sono state azzerate in modo sistematico e con cifre concrete. Gli scienziati hanno utilizzato la produzione di metanolo come caso di studio. Le conclusioni più importanti del nuovo studio: l'emissione nette pari a zero è raggiungibile anche per l'industria chimica. Tuttavia, tutti gli approcci analizzati per raggiungere l'obiettivo presentano vantaggi e svantaggi, percepiti in modo diverso nelle varie regioni del mondo. E tutti questi approcci richiedono più energia (sotto forma di elettricità) rispetto ai metodi di produzione attuali.

CO₂ Separare o utilizzare la biomassa

- Un approccio consiste nel continuare a utilizzare materie prime fossili, ridurre le emissioni di CO₂-e immagazzinarle nel sottosuolo (Carbon Capture and Storage, CCS). Questo avrebbe il grande vantaggio di non dover modificare gli attuali processi di produzione industriale. Tuttavia, ciò richiederebbe siti di stoccaggio geologicamente adatti, ad esempio strati di sedimenti profondi contenenti acqua salata. Questi non sono disponibili ovunque nel mondo.

- In un altro approccio, l'industria produrrebbe carbonio dalla CO₂precedentemente catturata dall'aria o dai gas di scarico industriali (cattura e utilizzo del carbonio, CCU). L'idrogeno necessario per i prodotti chimici verrebbe ottenuto dall'acqua utilizzando l'elettricità. Ciò modificherebbe in modo significativo i processi di produzione e sarebbe necessario ricostruire ampie parti dell'infrastruttura industriale. Inoltre, questo approccio richiede una quantità di elettricità estremamente elevata, da sei a dieci volte superiore alla variante CCS. "L'approccio è praticabile solo nei Paesi con un menu di emissioni di CO₂-neutrale", afferma l'ETH Mazzotti. "Lo dimostriamo chiaramente: Se dovessimo utilizzare a questo scopo una grande percentuale di elettricità proveniente da centrali a carbone o a gas, questo approccio sarebbe in realtà significativamente peggiore per il clima rispetto all'attuale metodo di produzione basato sui combustibili fossili."

- Infine, sarebbe anche possibile utilizzare la biomassa (impianti petroliferi, zuccherifici, legno) come materia prima per l'industria chimica. Questo approccio richiede meno elettricità degli altri, ma una quantità estremamente elevata di terreno per la coltivazione delle piante: Rispetto agli altri approcci, è necessaria una superficie da 40 a 240 volte superiore.

Il futuro del traffico aereo

Nella produzione di carburanti si utilizzano processi simili a quelli utilizzati per la produzione di metanolo su cui si basa questo studio. Il lavoro ha quindi anche un impatto sulla discussione sui futuri carburanti per l'aviazione, come sottolinea Mazzotti. "Continuiamo a sentire, anche dagli esperti, che l'unico modo per l'aviazione di ridurre le emissioni di CO₂-neutrale è l'uso di combustibili sintetici", afferma l'ETH. "La produzione di combustibili sintetici è estremamente dispendiosa dal punto di vista energetico. Se si utilizza energia elettrica proveniente da centrali a carbone o a gas, i combustibili sintetici avrebbero un impatto ancora maggiore sulle emissioni di CO₂-rispetto ai combustibili fossili. Lo studio dimostra che esistono almeno due valide alternative ai carburanti sintetici: L'aviazione potrebbe continuare a utilizzare i combustibili fossili se le emissioni di CO₂ dall'aria e stoccate altrove. Oppure i combustibili potrebbero essere ottenuti dalla biomassa.

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