Con la diminuzione delle risorse di petrolio e combustibili fossili in tutto il mondo, la corsa per trovare la prossima grande soluzione energetica è decisamente aperta. Potrebbe non esserci una bacchetta magica per risolvere quella crisi energetica, o un carburante perfetto che è infinitamente disponibile e non inquina l'ambiente. Ma un'opzione, i combustibili sintetici - o synfuel - offre alcuni vantaggi e alcuni svantaggi rispetto ai combustibili fossili convenzionali a base di petrolio. Il combustibile sintetico è una categoria di combustibili che include qualsiasi combustibile "prodotto da carbone, gas naturale o materie prime di biomassa attraverso la conversione chimica" [fonte:US Energy Information Administration]. Questi tipi di combustibili sono spesso chiamati liquidi Fischer-Tropsch, dal processo utilizzato per crearli. La categoria synfuels include anche combustibili derivati dal greggio sintetico, una sostanza simile al greggio che viene sintetizzata da risorse naturali come il bitume o lo scisto bituminoso [fonte:US Energy Information Administration]. Chimicamente, i combustibili sintetici sono simili alla benzina e ai combustibili diesel che utilizziamo oggi e possono essere utilizzati nei motori esistenti. Ma la loro produzione richiede complesse conversioni chimiche.
Negli ultimi anni i governi nazionali e le compagnie energetiche hanno prestato maggiore attenzione ai combustibili sintetici, poiché l'aumento dei prezzi del petrolio e l'instabilità politica nei paesi produttori di petrolio hanno creato incentivi per cercare alternative. Il principale vantaggio dei combustibili sintetici è che possono essere prodotti utilizzando sostanze come carbone, gas naturale e persino rifiuti vegetali, che sono ampiamente disponibili. Molti synfuel bruciano anche in modo più pulito rispetto al carburante convenzionale. Ma ci sono anche degli svantaggi. Sebbene possano bruciare in modo più pulito, la produzione di combustibili sintetici spesso provoca lo stesso inquinamento, se non di più, della benzina tradizionale. I combustibili di sintesi rimangono ancora più costosi da produrre rispetto ai combustibili convenzionali, soprattutto perché sono necessari più ricerca, sviluppo e investimenti per rendere la produzione economicamente sostenibile.
Per scoprire i diversi tipi di combustibili sintetici attualmente in produzione, continua a leggere.
ContenutiL'olio extrapesante è una delle numerose fonti di syncrude , un tipo di combustibile sintetico che ricorda da vicino il petrolio greggio. L'olio extra pesante si trova naturalmente e si forma quando l'olio che una volta era sepolto in profondità nella Terra viene esposto a batteri che scompongono gli idrocarburi e modificano le proprietà fisiche dell'olio. L'olio può essere recuperato attraverso l'estrazione a cielo aperto o la raccolta "in situ" (in loco). La raccolta in situ comporta l'immissione di vapore o gas caldo in un pozzo per frantumare l'olio pesante e la raccolta del fluido attraverso un secondo pozzo. Entrambi i metodi hanno i loro limiti. L'estrazione a cielo aperto può essere utilizzata solo per raccogliere olio extra pesante vicino alla superficie. Danneggia anche l'ambiente distruggendo foreste e habitat animali e le grandi quantità di acqua necessarie devono essere smaltite come rifiuti dopo essere state utilizzate [fonte:Clark]. I metodi in situ richiedono ulteriori ricerche per raccogliere grandi quantità di petrolio pesante.
Il processo di produzione di molti combustibili sintetici crea prodotti più o meno pronti per essere utilizzati in motori e veicoli. La produzione di syncrude, d'altra parte, si traduce in un petrolio greggio sintetizzato che deve essere ulteriormente raffinato per essere venduto commercialmente, proprio come il petrolio greggio convenzionale. Nel suo stato naturale, l'olio extrapesante è fondamentalmente più viscoso forma di grezzo. Se il greggio scorre come l'acqua, il petrolio extra pesante scorre come il miele. Per portare l'olio extrapesante in una forma utile, è in genere esposto a calore e gas che scompongono gli idrocarburi in quelli che possono essere bruciati come combustibile e quelli che non possono. Questo è simile al processo di raffinazione del petrolio greggio in combustibili, ma più costoso e complicato.
Produzione di gas-liquidi carburanti (o GTL ) comporta un processo di conversione del gas naturale in combustibili liquidi a base di petrolio. A differenza dei syncrudes, i prodotti GTL sono più vicini alla fase finale della produzione. Non hanno bisogno di essere lavorati da una raffineria prima di essere usati come combustibili. Il metodo più utilizzato per convertire il gas in combustibili liquidi è il processo Fischer-Tropsch (sintesi F-T) [fonte:US Energy Information Administration]. In questo processo, il gas naturale viene combinato con l'aria e quindi introdotto in una camera insieme a un catalizzatore, solitamente un composto contenente cobalto o ferro. Il catalizzatore , insieme a una grande quantità di calore e pressione, innesca una reazione chimica che forma catene di idrocarburi . Successivamente, il gas viene condensato in liquido. A seconda di quali catalizzatori vengono aggiunti, vengono create diverse strutture di idrocarburi. La sintesi F-T può produrre combustibili diesel, nafta (che può essere trasformata per produrre benzina) e lubrificanti industriali [fonte:U.S. Energy Information Administration].
Il processo GTL in particolare è stato utilizzato principalmente per produrre combustibili diesel, sebbene possa anche produrre nafta. GTL, come altri combustibili Fischer-Tropsch, produce meno emissioni quando viene bruciato [fonte:US Environmental Protection Agency]. Il processo di separazione chimica crea un combustibile più puro, perché le impurità possono essere facilmente filtrate. Un altro vantaggio è che le reazioni chimiche coinvolte nella conversione del gas in liquidi creano elettricità, vapore e acqua come sottoprodotti. Tali risorse possono essere reincanalate nella produzione per risparmiare sui costi e ridurre l'impatto ambientale o vendute sul mercato commerciale per rendere il processo più conveniente.
Olio di scisto è un'altra forma di syncrude prodotta da pietra marna , una roccia presente in natura comunemente chiamata scisto bituminoso . Marlstone è ricco di un materiale chiamato kerogen , un materiale organico che si converte naturalmente in petrolio greggio quando esposto a calore e pressione estremi. Questo cambiamento di solito avviene nel corso di milioni di anni, ma i metodi industriali possono replicare il processo e convertire il kerogeno nello scisto bituminoso in syncrude [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti]. La produzione di olio di scisto è in gran parte teorica a questo punto e non è stata prodotta su larga scala. Lo scisto bituminoso può essere sottoposto a pirolisi , l'introduzione del calore e la rimozione dell'ossigeno, che separa il kerogeno dal resto della roccia e lo converte in un liquido che può poi essere raffinato in sincrude [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti].
Lo scisto bituminoso è estremamente abbondante. Infatti, giacimenti nella Formazione Green River , una regione che si estende attraverso parti del Colorado, Utah e Wyoming, potrebbe contenere abbastanza scisti bituminosi da produrre da 800 miliardi a 1,8 trilioni di barili, secondo le stime di vari scienziati [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti]. Per mettere in prospettiva questi numeri, se la stima più bassa fosse accurata, la formazione potrebbe soddisfare il fabbisogno petrolifero degli Stati Uniti per 100 anni agli attuali livelli di utilizzo [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti]. Tuttavia, ci sono seri inconvenienti ambientali. La produzione di petrolio di scisto lascia dietro di sé grandi quantità di roccia di scarto e utilizza enormi quantità di acqua. Inoltre, fino a quando le tecnologie non saranno ulteriormente sviluppate e perfezionate, il processo è estremamente costoso, molto più costoso per barile rispetto alla produzione di petrolio greggio [fonte:U.S. Energy Information Administration].
Le sabbie bituminose, o sabbie bituminose, sono la terza fonte di combustibili sintetici classificati come syncrude. Una miscela di acqua, argilla, sabbia e una sostanza chiamata bitume , le sabbie bituminose si trovano naturalmente. Il bitume è una sostanza oleosa molto densa che ha la consistenza di una gelatina molto appiccicosa a temperatura ambiente. Contiene molte più impurità rispetto al petrolio greggio convenzionale, inclusi zolfo, azoto e metalli pesanti che devono essere rimossi prima che il bitume possa essere utilizzato come carburante [fonte:US Energy Information Administration]. Le sabbie vengono solitamente raccolte attraverso l'estrazione a cielo aperto. Il recupero in situ è possibile anche iniettando vapore o sostanze chimiche per rompere le sabbie. Ma la raccolta in loco consuma enormi quantità di acqua ed energia ed è anche meno conveniente.
Per trasformare le sabbie bituminose in uno stato in cui possono essere vendute come sincrude, vengono lavate con acqua calda per separare il bitume dall'argilla e dalla sabbia. Il bitume viene quindi sottoposto a enormi quantità di calore e pressione e viene introdotto gas naturale. Questo converte gli idrocarburi nel materiale in una forma che viene bruciata più facilmente come combustibile [fonte:Dipartimento degli interni degli Stati Uniti]. Le enormi quantità di acqua ed energia necessarie per trasformare le sabbie bituminose da depositi sotterranei profondi in combustibili utilizzabili ne fanno un combustibile controverso a causa del suo impatto ambientale. Il tributo sull'ambiente, dall'estrazione mineraria e dallo smaltimento delle acque reflue, ha suscitato molte polemiche in Canada, dove attualmente viene estratta la maggior parte delle sabbie bituminose del mondo [fonte:Kunzig].
Come GTL, carbone-liquidi (CTL) i combustibili sono prodotti isolando gli idrocarburi nei combustibili fossili esistenti e convertendoli in una forma di combustibile sintetico che può essere utilizzato nei motori dei veicoli esistenti. I produttori utilizzano due metodi per effettuare tale conversione. La prima, liquefazione indiretta del carbone (ICL), utilizza lo stesso processo Fischer-Tropsch dei combustibili da gas a liquidi. Naturalmente, la lavorazione richiede un passaggio aggiuntivo per convertire il carbone solido in un gas in grado di alimentare la reazione FT. Il carbone solido viene frantumato e quindi esposto ad alta temperatura e alta pressione, insieme a vapore e ossigeno, che reagiscono con il carbone per produrre gas di sintesi. Questo syngas, una miscela di monossido di carbonio, idrogeno e altri gas, viene quindi utilizzato nella reazione Fischer-Tropsch per creare combustibili liquidi. Nella liquefazione diretta del carbone (DCL), il carbone viene polverizzato e quindi esposto all'idrogeno e ad alti livelli di calore e pressione per produrre sincrude liquido che può essere raffinato. Questo secondo metodo non è così diffuso come ICL.
I combustibili da carbone a liquidi possono essere più rispettosi dell'ambiente, perché bruciano in modo più pulito rispetto alla benzina o al diesel convenzionali. I sottoprodotti della produzione CTL, inclusi acqua, elettricità e metalli, possono essere venduti per compensare i costi della lavorazione CTL e rendere il processo più sostenibile. Ma ci sono anche gravi inconvenienti ambientali. La produzione di CTL consuma enormi quantità di acqua prima di crearne. Rilascia anche emissioni di anidride carbonica e grandi quantità di rifiuti solidi chiamati "scorie", che sono ciò che resta del carbone dopo che tutte le sue sostanze chimiche utilizzabili sono state estratte [fonte:Van Bibber].
I combustibili da carbone a liquidi e da gas a liquidi sono prodotti manipolando gli idrocarburi in combustibili fossili non petroliferi in modo che siano chimicamente simili agli idrocarburi nel petrolio e nella benzina. Biomassa-liquidi i combustibili funzionano secondo la stessa teoria, tranne per il fatto che gli idrocarburi provengono da materiale organico appena morto, non materiale organico che è stato decomposto e compresso nel corso di milioni di anni. BTL i combustibili possono essere ricavati da legno, raccolti, paglia e grano. Il vantaggio di BTL è che può essere ricavato da parti di quelle piante che non sono utili per il cibo o la produzione.
Il processo di produzione è simile ad altri synfuel:Syngas viene utilizzato per avviare una reazione Fischer-Tropsch che alla fine produce combustibili liquidi. La biomassa viene bruciata in un ambiente a basso contenuto di ossigeno per produrre syngas, una fase che richiede meno energia rispetto ad altri synfuel. Ma occorrono quantità relativamente grandi di materia prima da biomassa (la materia prima che viene sintetizzata) per produrre combustibile. Cinque tonnellate (circa 4,5 tonnellate) di materia prima (o circa 3 acri o 1,2 ettari di colture) equivalgono a 1 tonnellata (0,9 tonnellate) di BTL prodotto [fonte:US Energy Information Administration]. BTL costa anche molto più denaro da produrre rispetto a CTL o GTL. La biomassa occupa molto più spazio rispetto ad altre materie prime synfuel, quindi costa di più per lo stoccaggio e il trasporto. BTL non è così diffuso come altre forme di synfuel, il che significa che le aziende dovrebbero investire molti soldi per far funzionare i programmi BTL. Nonostante il costo, BTL potrebbe essere più facile per l'ambiente a lungo termine, poiché le piante coltivate per produrre il carburante potrebbero annullare parte della sua CO2 emissioni.
Per le stesse ragioni per cui le piante e i rifiuti vegetali possono essere utilizzati per produrre materie prime per la produzione di combustibili fossili, anche i rifiuti solidi possono alimentare il processo. I rifiuti solidi utilizzabili includono vecchi pneumatici, liquami e rifiuti delle discariche [fonte:Speight]. Finché contiene materia organica (e alti livelli di carbonio), può essere utilizzata per creare una qualche forma di carburante. I rifiuti utilizzati per le materie prime subiscono lo stesso processo delle altre materie prime di synfuel. Viene bruciato in condizioni speciali per produrre syngas, che poi passa attraverso il processo Fischer-Tropsch per essere sintetizzato in combustibile liquido. In alternativa, il gas che le discariche emettono naturalmente durante la decomposizione dei rifiuti può essere utilizzato per produrre combustibile sintetico.
Sempre in fase teorica, il concetto di ricavare combustibile dalla CO2 atmosferica è stato sviluppato dagli scienziati dei Los Alamos National Laboratories. In questo processo, grandi quantità di aria contenente inquinanti di anidride carbonica sarebbero esposte al carbonato di potassio liquido. Il CO2 nell'aria si combina con il carbonato di potassio, mentre gli altri componenti dell'aria no. Il CO2 può quindi essere separato dal composto di potassio applicando elettricità. Una volta che il CO2 viene separato, viene convertito in syngas e quindi in combustibili liquidi seguendo i metodi utilizzati per creare altri synfuel [fonte:Martin]. Scienziati di altri laboratori e istituzioni hanno convenuto che il processo funziona, in teoria. Tuttavia, l'ostacolo principale è che il processo di isolamento della CO2 dall'aria e la sua conversione in syngas richiede enormi quantità di energia [fonte:Martin]. Gli scienziati di Los Alamos suggeriscono l'energia nucleare come l'opzione migliore [fonte:Martin]. Richiederà anche enormi investimenti di capitale per portare il concetto dalla teoria all'esecuzione. Il lato positivo è che l'intero processo è teoricamente carbon neutral. Produrrebbe tanto carbonio quanto consuma.
