di  -  lunedì 22 ottobre 2012

Nei giorni scorsi vari media hanno riportato, con toni abbastanza ricchi di enfasi, una notizia riguardante un processo, messo a punto da una azienda inglese, che permette di produrre combustibile dall’aria, o meglio, dalla CO2 in essa presente.

Come prevedibile la notizia ha riportato molto poco riguardo il processo, limitandosi alle questioni di “fattibilità commerciale“, fattore che però non solo non può rappresentare la chiave di validità di questa soluzione, ma rappresenta invece l’ultimo anello di un processo che richiede una ampia disamina e che, senza la pretesa di essere esaustivi e troppo tecnici, andremo nel seguito ad affrontare al fine di chiarire un minimo cosa è racchiuso dietro tale processo.

UN’UNIONE COMPLESSA: QUANDO CARBONIO ED IDROGENO SI INCONTRANO

Un qualsiasi combustibile (ad eccezione dell’idrogeno se considerato singolarmente, e da soluzioni estremamente esotiche che prevedono l’impiego di particelle metalliche) è generalmente rappresentabile attraverso la tipica molecola degli idrocarburi CnHm, dove n ed m rappresentano il numero di atomi di ciascun componente della molecola di idrocarburo considerato.

Disponendo di carbonio ed idrogeno, sotto opportune condizioni termochimiche, è possibile creare delle molecole di idrocarburi adatte ai vari impieghi, trattandosi in tutto e per tutto delle stesse componenti principali dei combustibili liquidi e gassosi che quotidianamente utilizziamo, ma la difficoltà di questo processo nel complesso è fondamentalmente la disponibilità delle materie prime, infatti se il carbonio elementare non è disponibile in natura, quantomeno in condizioni non particolari, altrettanto vale per l’idrogeno, pertanto qualunque processo che veda coinvolti questi due soggetti richiede la loro produzione a partire da diverse sostanze di partenza, spendendo energia per questi processi.

VALIDITÀ DEL PROCESSO: BILANCIO ENERGETICO

Senza entrare in calcoli più o meno complessi (ma comunque alla portata dei lettori più esperti) sull’energia necessaria dai vari processi, è possibile in breve fare lo stesso alcune considerazioni di base.

Il processo ha inizio dalla CO2 e dall’acqua come materie prime, pertanto esso può venire rappresentato attraverso il seguente schema:

(www.airfuelsynthesis.com)

I passi principali sono:

  1. Estrazione della CO2 dall’aria
  2. Elettrolisi della H2O
  3. Produzione del combustibile di sintesi

(I passaggi in maggiore dettaglio sono disponibili sul sito dell’azienda: descrizione tecnica Airfuelsynthesis)

L’energia spesa per il processo, secondo le indicazioni dell’azienda, deve venire prodotta mediante fonti rinnovabili, così come indicato anche nello schema presentato, pertanto una completa valutazione della bontà del processo potrà venire sviluppata solo in presenza di dati e misure sufficientemente attendibili, sebbene a livello indicativo è facilmente ipotizzabile un costo energetico piuttosto elevato.

CONSIDERAZIONI FINALI

La tecnologia proposta, sebbene descritta solo qualitativamente dal suo costruttore, appare sicuramente fattibile sul piano dei processi che la compongono, mentre sul piano energetico restano alcuni nodi che non possono venire lasciati al’esterno della valutazione complessiva, infatti per quanto allo stato attuale delle valutazioni sul costo energetico possano essere puramente indicative, tali consumi per le vari fasi del processo appaiono tutt’altro che trascurabili, per quanto progressi sulle efficienze degli stessi possano venire ottenuti.

Ne consegue che il consumo complessivo di energia risulterà sempre sensibilmente superiore all’energia messa a disposizione dal combustibile prodotto, pertanto una vera sostenibilità ambientale andrà ritenuta soddisfatta solo in presenza della possibilità di soddisfare tale richiesta fattivamente, ed è questo il punto cruciale che deve venire affrontato prima di discutere dei costi del processo, se tale tecnologia vuole concretamente rappresentare una soluzione ambientalmente sostenibile rispetto all’impiego dei combustibili fossili tradizionali.

Con queste considerazioni si chiude anche il post odierno, vi rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

13 Commenti »

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  • # 1
    Antonio Barba
     scrive: 

    Secondo me questa tecnologia avrà un senso quando, a petrolio esaurito, ci serviranno idrocarburi non a scopi energetici, ma come materia prima per la realizzazione di materiali e sostanze di sintesi per l’industria farmaceutica e cosmetica :)

    In un tale ipotetico futuro (tra 40-50 anni?), la fonte energetica primaria potrebbe essere nucleare (magari fusione).

  • # 2
    G.Baroncelli
     scrive: 

    In effetti nulla di nuovo.
    Energia viene usata per sintetizzare un combustibile, che poi diviene un semplice vettore … di energia.
    Per l’idrogeno è la stessa cosa, sintetizzarlo costa la stessa energia che restituisce quando viene usato (più o meno… anzi probabilmente molto meno :-) ).
    La differenza a questo punto è solo legata alla praticità: la benzina è un vettore “molto pratico” sia per l’esistenza di infrastrutture e sia per l’elevato rapporto massa[*]/energia. Certo la benzina è più inquinante (CO2 e additivi vari, che non so se in quella “sintetica” sarebbero necessari).
    Per quanto concerne il discorso costo, penso che vada considerato anche il costo di conversione delle infrastrutture: l’idrogeno (o l’elettrico attraverso batterie) richiede infrastrutture completamente diverse per lo stoccaggio e motori specifici. La benzina “sintetica” anche se più costosa in se’, potrebbe essere “complessivamente” più conveniente.

    [*] Per massa intendo la massa del combustibile e dell’impanto di contenimento: l’idrogeno non pesa tanto in sé ma il serbatoio molto; lo stesso per il metano….

  • # 3
    worth
     scrive: 

    parlo con conoscenze di fisica limitate.

    per le leggi della termodinamica, l’energia necessaria per sintetizzare una certa quantità di benzina deve essere maggiore dell’energia che lo stesso prodotto può rilasciare quando è combusto. (come dice lo stesso autore alla fine)

    ora, considerando l’efficienza dell’impianto che produce il carburante, e quella del motore che poi lo brucia (allo stadio attuale della tecnologia) si potrebbe calcolare se, a questo punto, non sia più conveniente immagazzinare l’elettricità da fonti rinnovabili in batterie, piuttosto che usarla per produrre benzina.

    inoltre, l’impatto ambientale delle batterie sarebbe comunque minore perché, con una trasformazione fisica in meno, si eviterebbe un’ulteriore emissione di calore. oltre alle sostanze di scarto che vengono prodotte dalla combustione degli idrocarburi, che di per sé sarebbero sufficienti ad auspicare una riduzione del loro utilizzo.

    ergo, tecnologia da valutare, ma a prima vista dannosa.

    sbaglio?

  • # 4
    Unas
     scrive: 

    peccato che l’idrogeno sia principalente prodotto per idrocracking del matano… e che per fare un elettrolisi ci voglia appunto elettricità, che è di epr sè un tipo di energia già abbastanza nobile e richieste da non poter essere sprecata…
    Condivido il primo commento, potrebbe venir utile come sistema di prouzione di idrocarburi a scopi non energetici, ma prima mi sembra di dubbia utilità, soprattutto quando abbiamo un smplicissimo metodo di fissare biossido di carbonio dall’aria per poi ottenerci idrocarburi che sono le piante (parlavo l’altro giorno con una ricercatrice su promettenti studi riguardo l’impiego di alghe ogm)..

    #3: senza andare a complicarci la vita con la termodinamica spinta; un motore termico per autotrazione moderno ha un rendimento di circa 0,25; il rendimento di un motore elettrico trifase è attestabile intorno allo 0,9 , aggiungendo un rendimento di carica delle batterie stimabile in uno 0,8 ed ad un rendimento di trasporto dello 0,9 al netto delle trasformazioni ottenimo un rendimento finale di 0.9^2 * 0,8=0,65 >> 0,25. Da qui la follia di usare energia elettrica per ottenere un idrocarburo da autotrazione.

  • # 5
    Antonio Barba
     scrive: 

    @Unas: hai perfettamente ragione, costa molto meno ed è molto più ecologico coltivare piante oleose per estrarne idrocarburi :)
    A quel punto, però, si innesca una competizione di costi tra piante da alimento e piante da idrocarburo (bisogna dividere la capacità produttiva tra l’industria alimentare e quella energetica, elevando i costi delle materie prime.

    In ogni caso, continuo a vederla come una fonte di idrocarburi a scopo chimico, non energetico.

  • # 6
    Unas
     scrive: 

    il problema etico dovuto alla coltivazione di terre a scopo enenrgetico è veramente complesso; ma sono al contempo fiducioso che lo sviluppo delle biotecnologie possa portare un notevole aiuto a trovare un break even point nel settore. Possiamo solo sperare che il progresso ci aiuti a raggiuengere un equilibrio più certo rispetto a quello attuale nel futuro a riguardo le nostre fonti di approvvigionamento energetico e di materie prime; che non può sicuramente passare da una singola tecnologia ma da un connubio di tutte quelle a noi disponibili, dalle più “verdi” come fotovoltaico, eolico etc, ai poco benvisti nucleare (sia fusione che fissione), carbone, lo stesso petrolio, biotecnologie e così via… purtroppo non sarà semplice trovare una quadratura del cerchio; e sempre purtroppo il continuo incremento della popolazione mondiale, e quindi del fabbisogno energetico ed alimentare non aiuterà affatto…
    La cosa inquietante è che nonostante a me sembra di aver scritto ovvietà per molta gente non si tratta di cose così scontate.

  • # 7
    imayoda
     scrive: 

    Il sole è sempre l’energia di riferimento per la formazione degli idrocarburi, durante svariate migliaia di anni se parliamo di petrolio.
    Non esiste carburante che non sia solo un vettore di una energia immagazzinata precedentemente in forme biologiche o chimiche..

  • # 8
    Alessio
     scrive: 

    L’unico vantaggio che vedo è, oltre alla richiesta di idrocarburi quando proprio non se ne può fare a meno, lo stoccaggio di energia.
    Sempre però se non esistono altri metodi migliori.

    Un vento notturno potrebbe produrre beza per poi essere utilizzata quando serve alla modica cifra di: 3€/L?

  • # 9
    SIGLAZY
     scrive: 

    In realtà, se si considera il solo bilancio energetico, il processo non può che essere in perdita.
    Tuttavia, occorre mettere tra i benefici altre due variabili: da un lato la cattura della CO2 dall’atmosfera, e dall’altro la facilità di utilizzo degli idrocarburi.
    L’immagazzinamento di energia sotto forma di idrocarburi consente infatti di non dover sostituire le tecnologie attuali: il risparmio di energia nel non dover sostituire tutti i motori a scoppio o tutti gli impianti di produzione di fertilizzante, nel breve termine, sarebbe notevole.
    E per qualto riguarda la cattura della CO2, già oggi ci sono proposte che prevedono di spendere energia per estrarre CO2 dall’aria e pomparla nel sottosuolo trattandola come un rifiuto; questo processo, invece, consentirebbe di riciclarla.

  • # 10
    Unas
     scrive: 

    Il fatto è che viene utilizzata di base energia elettrica, una forma di energia estremamente nobile e preziosa, di cui già facciamo fatica ad approvigionarci. In secondo luogo l’idrogeno gassoso prodotto potrebbe essere utilizzato direttamente per la produzione di fertilizzanti al posto che per la produzione di idrocarburi.
    L’assorbimento della CO2 dall’aria saebbe solo temporaneo, in quanto questa sarebbe subito reimmessa una volta che il carburante viene combusto, cioè praticamente immediatamente dopo.
    Sicuramente è un processo che andrà affinato e tenuto in considerazione, ma credo, che difficilemnte rappresenterà una risposta al problema.

  • # 11
    j
     scrive: 

    Il fatto è che viene utilizzata di base energia elettrica, una forma di energia estremamente nobile e preziosa, di cui già facciamo fatica ad approvigionarci.

    al di là della “nobiltà” dell’ energia elettrica, il suo scopo è alimentare dei dispositivi… semmai il punto è, dato un certo budget energetico più o meno limitato, su quali apparati vogliamo decidere di allocarlo
    se sui nostri computer (che riemettono quasi interamente come calore l’ energia che consumano, a parte una per fortuna minima frazione irradiata come onde elettromagnetiche più o meno schermate… dal punto di vista energetico è quasi come se la centrale elettrica che li alimenta bruciasse combustibile solo per scaldare l’ ambiente…) o i nostri veicoli (i quali oltre che calore producono energia cinetica..)

    ora, nel caso si opti per i secondi, si può anche pensare che pur con le perdite di rendimento che fanno parte del processo, trasformare energia elettrica in energia chimica abbia un lato positivo nel permettere di distribuirla capillarmente ai veicoli circolanti semplicemente mantenendo l’ infrastruttura esistente senza richiederne la creazione di nuove quali le famigerate colonnine di ricarica una per posto auto (di cui si è spesso sentito da tempo parlare ma che realisticamente non si vedranno per molto tempo ancora, se mai si vedranno – tanto che qualcuno già azzarda a dire che l’ auto elettrica richiederà un cambio di mentalità e costumi, la rinuncia ai viaggi lunghi limitandosi al percorso casa-lavoro e alle gite fuori porta, per essere sempre a portata della presa elettrica di casa… ma più facile che la gente semplicemente rinunci all’ auto elettrica)

    d’ altro canto, avere carburanti prodotti per sintesi, o per fermentazione di biomsasse e rifiuti (non di vegetali alimentari), chimicamente semplici, potrebbe agevolare la diffusione di sistemi che li riconvertano in energia cinetica in maniera efficiente, quali motori elettrici abbinati a celle a combustibile o a gruppi motore – generatore, dove il motore dovendo funzionare a un regime di potenza atto alla ricarica, può avere una ridotta cubatura e magari anche una nuova architettura – http://en.wikipedia.org/wiki/Pistonless_rotary_engine )

    L’assorbimento della CO2 dall’aria saebbe solo temporaneo, in quanto questa sarebbe subito reimmessa una volta che il carburante viene combusto, cioè praticamente immediatamente dopo

    ma non ne sarebbe prodotta di nuova (e magari (vedi sopra) al momento di bruciare il combustibile lo si può fare massimizzando la resa chilometrica)

    scusa se è poco…

  • # 12
    Unas
     scrive: 

    Sul fatto che non viene prodotta nuova anidride carbonica siamo d’accordo entrambi, come sono d’accordo sul fatto che sia una pregio assolutamente rilevante e non trascurabile, ma non credo che questo processo sia pensato come metodo risolutivo per abbatterne la quantità nell’atmosfera.

    In una cella a combustibile bruceresti direttamente l’idrogeno, senza dover passare da nessun idrocarburo, e rimarremmo comunque al problema di efficienza precedente visto che è probabilmente proprio la produzione di questo gas il fattore limitante di idrocarburi di sintesi tramite questo processo.

    l’utilizzo di sistemi ibridi di auototrazione o semplicemente elettrici, passa invece indubbiamente attraverso la scoperta e lo sviluppo di nuovi tipi di condensatori elettrici, che dovranno essere almeno più capienti, e, si spera, di più facile ricarica, andando così ad inificiare su buona parte dell’utilità del mantenimento dell’attuale infrastruttura, e quindi dell’utilità di questo processo di sintesi . A scanso di equivoci non sono un sostenitore della rivoluzione elettrica nelle auto.

    Come ho scritto in un post precedente, sono convinto che sarà tutto l’insieme di tecnologie a rappresentare la probabile soluzione, e non credo che ci sarà una tecnologia (men che meno questa, che probabilmente nel futuro ci aiuterà nell’ottenimento di idrocarburi per scopi di sintesi chimica) che rappresenterà da sola la risoluzione dei nostri problemi di fabbisogno energetico; sempre che non venga scoperto domani il motore ad improbabilità infinita :)

  • # 13
    Antonio Barba
     scrive: 

    il motore ad improbabilità finita è già stato inventato (quello della mia vecchia Vespa, che aveva una probabilità finita di lasciarmi a piedi). Basta sviluppare il concetto fino a portarlo ad improbabilità infinita :D

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