Carburanti sintetici: produzione e rispetto dell’ambiente

25. Aprile 2023

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Carburanti sintetici: produzione e rispetto dell’ambiente

Reem Kadhum

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Il problema mondiale delle emissioni di CO2 è tutt’altro che risolto. Benché tutti parlino di nuove soluzioni, ogni nuovo approccio presenta i suoi svantaggi. Parliamo dei carburanti sintetici: gli e-fuel sono davvero la soluzione quando si tratta di impatto zero e disponibilità infinita? Abbiamo approfondito la questione con Christian Bach, responsabile del dipartimento Sistemi di propulsione veicoli dell’Empa.

Non abbiamo ancora scoperto l'”uovo di Colombo” in fatto di combustibili. Considerando che, nel 2020, soltanto le emissioni svizzere di CO2 legate ai trasporti rappresenteranno una quota del 39 % (escluso il traffico aereo!), occorre agire con urgenza. È necessario trovare alternative per ridurre questi valori. In altre parole, alternative che sostituiscano i combustibili fossili con impatto pari (quasi) a zero: gli e-fuel potrebbero essere la risposta.

Abbiamo approfondito l’argomento intervistando Christian Bach, responsabile del reparto Sistemi di propulsione veicoli dell’Empa. In questo articolo vedremo se i carburanti sintetici possono effettivamente risolvere ogni nostro problema e quali vantaggi e svantaggi essi comportano.

Cosa sono i carburanti sintetici (cosiddetti e-fuel)?

Per cominciare, il termine e-fuel si riferisce genericamente ai carburanti prodotti sinteticamente, utilizzando energie rinnovabili come l’energia solare, eolica o idroelettrica. Il “materiale di partenza” è l’acqua, trasformata in idrogeno mediante elettrolisi. Se questo idrogeno viene ulteriormente elaborato con l’aggiunta di CO2, si producono i cosiddetti carburanti sintetici.

Il vantaggio maggiore: i carburanti sintetici non sono solamente a impatto zero (se si utilizza elettricità rinnovabile), ma non hanno origine minerale, a differenza dei carburanti tradizionali prodotti partendo da combustibili fossili. Pertanto, questi carburanti possono considerarsi “inesauribili”.

Come vengono prodotti i carburanti sintetici?

La produzione di carburanti sintetici è un processo complesso noto come Power-to-Liquid (PtL). Come già menzionato, la maggior parte dei carburanti sintetici si basa sull’utilizzo dell’idrogeno. Questo viene prodotto in modo rinnovabile nelle regioni desertiche o in impianti offshore, utilizzando energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili come l’energia solare o eolica. L’idrogeno viene poi trattato con la CO2 dell’atmosfera in un processo di sintesi per produrre una sorta di benzina sintetica, di diesel sintetico o di paraffina sintetica.

Questo processo consente di catturare dall’atmosfera la CO2 dannosa per il clima e di riutilizzarla in modo assennato. L’elettricità rinnovabile può quindi essere resa “durevole”, ovvero stoccabile.

La domanda che probabilmente ti starai ponendo ora è: che dire delle emissioni emesse dall’auto durante la guida? La risposta è chiara: viene emessa solo la quantità di CO2 che era stata precedentemente rimossa dall’atmosfera per la produzione dell’e-fuel. I carburanti sintetici garantiscono quindi il mantenimento di un ciclo a zero impatto climatico.

Secondo Christian Bach, tuttavia, il termine “impatto zero” andrebbe usato con cautela: “L’utilizzo di elettricità non rinnovabile per produrre e-fuel comporta un aumento delle emissioni di CO2. Ne consegue che neanche i carburanti sintetici sono la risposta migliore. Tuttavia, se la produzione di e-fuel si basa su elettricità rinnovabile non direttamente utilizzabile, i carburanti sintetici sono in grado di ridurre le emissioni di CO2 dell’80-90 % rispetto all’uso di combustibili fossili”.

I carburanti sintetici nella vita concreta: quanto sono idonei?

I carburanti sintetici non sono ancora così diffusi nella vita concreta quanto i carburanti fossili tradizionali. Questo perché non sono ancora acquistabili dai privati. Uno dei motivi è che la produzione stessa è ancora agli inizi. Tuttavia, alcuni elementi danno già a intendere che i carburanti sintetici possano dare risultati promettenti. Tuttavia, la strada per arrivare a quel momento è ancora lunga.

Infine, c’è anche un aspetto negativo: la produzione di carburanti sintetici è complessa e molto costosa. Per poter ridurre i costi e rendere competitivi i carburanti sintetici, è necessario aumentare la produzione. Ciò richiede a sua volta maggiori investimenti. Inoltre, il consumo di energia per la produzione, il consumo e il trasporto del combustibile è ingente, ed è un altro fattore di produzione di emissioni di CO2. Alla luce di ciò, è opportuno operare con confronto con le alternative esistenti.

E-fuel e combustibili fossili a confronto

I carburanti sintetici differiscono dai carburanti classici, ovvero quelli fossili, sotto molti aspetti. Ecco una sintesi delle differenze più importanti:

  • Rispetto dell’ambiente
    La produzione di e-fuel – purché faccia uso esclusivamente di energie rinnovabili – ha un’impronta di CO2 molto inferiore a quella dei combustibili fossili ottenuti da materie prime non rinnovabili come carbone, petrolio o gas.
  • Disponibilità
    A differenza dei combustibili fossili, le fonti di energia rinnovabili in teoria sono – globalmente parlando – sempre e “infinitamente” disponibili.
  • Trattamento
    I combustibili fossili sono già disponibili e, una volta estratti, sono molto più facili e veloci da utilizzare rispetto ai carburanti sintetici, la cui produzione comporta oneri elevati.
  • Prezzo
    Il prezzo dei carburanti sintetici è tuttora da sei a dieci volte superiore a quello dei combustibili fossili. Con una produzione su larga scala, il prezzo potrebbe ridursi della metà, con un conseguente ricarico del 20-40 % alla stazione di rifornimento.

A conti fatti, tuttavia, e in un’ottica climatica, i carburanti sintetici hanno un potenziale enorme rispetto ai combustibili fossili al fine di rendere più ecologici i trasporti. Christian Bach, esperto di sistemi di propulsione, concorda: “Attualmente, la combinazione di diversi approcci è il modo migliore per affrontare il problema della CO2.

“Esistono tre modi per decarbonizzare i trasporti: mobilità elettrica, mobilità a idrogeno e carburanti sintetici”, afferma Christian Bach. Secondo l’esperto, miscelare i carburanti sintetici con la benzina o il diesel ha un effetto positivo: “Il risparmio di CO2 per veicolo è esiguo miscelando, per esempio, il 5 % di carburante elettronico. Tuttavia, considerando l’intera flotta, se tutti i veicoli utilizzassero i carburanti sintetici, e quindi tutti emettessero il 5 % in meno di CO2, l’effetto sarebbe enorme”.

E-fuel e veicoli elettrici a confronto

Secondo Christian Bach, il tema dei carburanti sintetici riveste quindi un ruolo importante nell’affrontare il problema della CO2 a livello mondiale: “Un problema irrisolvibile senza carburanti sintetici. Lo è anche senza mobilità elettrica. Abbiamo bisogno di entrambi”.

Se confrontiamo i carburanti sintetici con le auto elettriche, emergono i seguenti vantaggi e svantaggi:

  • Fonte di energia
    I carburanti elettrici sono prodotti da fonti di energia rinnovabili, le batterie delle auto elettriche sono caricate da fonti di energia rinnovabili o non rinnovabili.
  • Dipendenze
    Vi sono dipendenze sia per le auto elettriche che per i carburanti sintetici: la produzione di batterie per auto elettriche richiede risorse rare come il litio o la grafite. Inoltre, la produzione di celle per batterie è fortemente legata alla Cina e all’Asia. I carburanti sintetici, invece, sono importati principalmente dal Sun Belt. Ne consegue una dipendenza da paesi come l’Australia, il Medio Oriente, il Nord Africa o l’America centrale e meridionale.
  • Efficienza
    I veicoli a combustione alimentati con carburanti sintetici hanno un consumo energetico da tre a sei volte superiore a quello dei veicoli elettrici (senza considerare il ciclo produttivo del veicolo). Nelle regioni desertiche, tuttavia, la radiazione solare al metro quadro raddoppia, pertanto è possibile generare una quantità di elettricità significativamente maggiore per metro quadro di superficie fotovoltaica. Ciò mette in una certa prospettiva la scarsa efficienza della produzione di e-fuel.
  • Infrastruttura
    L’infrastruttura delle stazioni di ricarica per le auto elettriche è in continua crescita. Per il rifornimento e l’utilizzo dei carburanti sintetici non è necessario predisporre alcuna infrastruttura speciale. Non è necessario convertire le normali stazioni di rifornimento e i motori a combustione.
  • Compatibilità
    Le auto elettriche hanno bisogno di reti di distribuzione efficienti. In molti Paesi, tali reti non sono idonee all’utilizzo diffuso dei veicoli elettrici senza un’espansione massiccia. I veicoli attualmente in commerciò possono rifornirsi di e-fuel senza alcun problema.
  • Costi
    I carburanti sintetici sono ancora molto più costosi dell’elettricità.

Christian Bach conclude pertanto: “Gli e-fuel non sono in concorrenza con le auto elettriche, ma permettono di fare a meno dei combustibili fossili nelle aree in cui le auto elettriche non possono (ancora) essere utilizzate”.

I carburanti sintetici saranno necessari anche per la defossilizzazione dell’aviazione e per lo stoccaggio stagionale di elettricità in Svizzera. “Se consideriamo unicamente il fattore di costo e confrontiamo i carburanti sintetici con le auto elettriche, il livello è simile. Gli e-fuel potrebbero quindi essere introdotti con successo con le stesse misure adottate per la mobilità elettrica”, spiega Christian Bach.

Quali sono le sfide per i carburanti sintetici?

La produzione e l’utilizzo dei carburanti sintetici rimangono, per adesso, ancora fortemente inefficienti.

Le maggiori sfide attualmente da affrontare in quanto a e-fuel sono:

  • L’enorme perdita di energia nel settore produttivo.
  • La perdita di energia durante la combustione: i motori tradizionali non sono ideali.
  • La perdita di energia nel trasporto dell’e-fuel dal punto di produzione al consumatore.
  • Al momento, la produzione di e-fuel è ancora significativamente più costosa rispetto alla produzione di combustibili fossili.
  • La disponibilità non è ancora capillare su tutto il territorio.
  • Per la produzione di massa è necessario che presso il sito di produzione siano disponibili enormi quantità di elettricità.

Ecco come potrebbe diventare la produzione di e-fuel in futuro

Tuttavia, Christian Bach è ottimista sul futuro dei carburanti sintetici. Ecco la ragione: “Un vantaggio degli e-fuel è che possono essere prodotti e trasportati in un qualsiasi punto del Sun Belt. Abbiamo enormi aree desertiche in tutto il mondo che potrebbero produrre dieci volte l’energia che il mondo potrà mai consumare”. Per Bach è importante che “gli e-fuel vengano prodotti senza privare nessuno dell’energia elettrica”, proprio come sarebbe possibile fare lungo il Sun Belt. Anche l’assenza di acqua nei deserti non è un problema per la produzione di carburanti sintetici, poiché l’idrogeno è un sottoprodotto dell’estrazione di CO2 dall’atmosfera. L’idrogeno viene poi riutilizzato per la produzione di carburanti sintetici.

Prima di allora, i processi di ottenimento degli e-fuel devono essere ottimizzati per essere, da un lato, economicamente sostenibili e, dall’altro, per aumentare la quantità di carburante sintetico risultante dal processo.

Per garantire il miglior ambiente elettrochimico per la produzione di e-fuel, ad esempio, sarà fondamentale sviluppare nuovi catalizzatori per ridurre il ricorso a materie prime costose. Inoltre, attualmente, la produzione di e-fuel presenta una perdita di energia del 20-30 % dovuta ai necessari processi di conversione. Tuttavia, è possibile ottenere cambiamenti tangibili e positivi tramite qualche aggiustamento sistemico. Christian Bach commenta: “Nel nostro dimostratore di mobilità, utilizziamo il calore di scarto dell’impianto di elettrolisi per l’alimentazione della CO2 atmosferica. In questo modo aumentiamo l’efficienza dell’intero impianto”.

I costi previsti

La produzione di e-fuel resta ancora molto costosa. Ma non è sempre stato così con le nuove tecnologie? Se guardiamo allo sviluppo della mobilità elettrica, molte cose sono cambiate dagli inizi a oggi anche in termini di costi. Christian Bach riassume così il concetto: “All’inizio, le auto elettriche erano da cinque a otto volte più costose delle auto a combustione convenzionali. Con la produzione di massa, la situazione è chiaramente cambiata in meglio”. Se lo sviluppo dei carburanti sintetici è analogo, si possono prevedere prezzi che a un certo punto saranno sostenibili.

Carl Berninghausen dell’azienda Sunfire ipotizza che gli e-fuel raggiungeranno un prezzo compreso tra 1,19 e 1,68 franchi al litro. Tra l’altro, ciò è legato anche alle dimensioni degli impianti di produzione. Più sono grandi, più la produzione sarà conveniente. E questo alla fine si ripercuote sui consumatori. Attualmente, tuttavia, questi progetti sono ancora agli albori e gli impianti in cui vengono prodotti i combustibili sintetici sono relativamente piccoli.

Cosa possiamo aspettarci nel campo dei carburanti sintetici?

Cosa è in serbo per i carburanti sintetici? Alla fine è una questione di costi e di potenziale di guadagno. Infatti, “dal punto di vista tecnico, gran parte degli aspetti produttivi degli e-fuel sono chiari. Sappiamo come produrli, quanta CO2 si può risparmiare e quali sono i costi”, afferma Christian Bach. Il problema al momento è ancora quello degli aspetti normativi. “Finché la riduzione di CO2 non sarà detraibile, i produttori non produrranno carburanti sintetici. Questo processo può richiedere molto tempo. Poche settimane fa, tuttavia, l’UE ha preso decisioni in tal senso”. L’esperto è quindi favorevole al fatto che la Commissione europea imponga l’obbligo di utilizzare una certa percentuale di carburanti sintetici. Anche se, per adesso, non sono previsti guadagni: “Al momento la legge prevede solo piccole quantità, ma che coprono l’intero mercato”. E il mercato europeo è un mercato enorme, il che è esattamente ciò che dà fiducia agli investitori.

La nostra conclusione: i carburanti sintetici non saranno la soluzione definitiva. Ma costituiranno un tassello importante nel mix futuro, insieme ad altre tecnologie alternative, per poter raggiungere gli obiettivi di tutela climatica.

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