Primo lungo

15 settembre 2022

di Christina Lotz, Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE

Il metanolo svolge un ruolo importante per l’industria come prodotto chimico di base ed è attualmente considerato uno dei principali vettori energetici nella crescente economia dell’idrogeno. Tuttavia, la produzione convenzionale di metanolo da carbone e gas naturale genera grandi quantità di emissioni di gas serra. Con il progetto Carbon2Chem, partner dell'industria, della ricerca e del mondo accademico si sono posti l'obiettivo di esplorare i processi per la produzione di metanolo dai gas di scarico industriali prendendo come esempio l'industria dell'acciaio.

Per la prima volta è stata dimostrata la stabilità a lungo termine della sintesi del metanolo dal gas di altoforno purificato in un miniimpianto Fraunhofer ISE con una capacità di produzione di dieci litri al giorno per un totale di oltre 5.000 ore. Nel 2018, Thyssenkrupp ha fornito la prova di concetto per la produzione di metanolo dal gas di altoforno utilizzato nell'ambito di questo progetto.

La sintesi del metanolo fossile e la produzione dell’acciaio tramite l’altoforno a base di carbone sono responsabili di significative emissioni di gas serra di CO2. Collegare i due processi ci consente di sostituire il metanolo ottenuto da combustibili puramente fossili facendo reagire l’idrogeno verde con le emissioni derivanti dalla produzione di acciaio. "Gli impegni assunti con l'accordo sul clima di Parigi possono essere rispettati solo collegando i settori industriali. Dobbiamo riportare in un ciclo le emissioni difficili da evitare", spiega il Dr.-Ing. Achim Schaadt, capo del dipartimento dei processi termochimici del Fraunhofer ISE.

Il progetto Carbon2Chem, lanciato nel 2016, sta studiando i processi per la conversione dei gas di processo dell’industria siderurgica in prodotti chimici di base. "In Carbon2Chem, le forze innovative dell'industria, della ricerca applicata e delle università si uniscono per raggiungere rapidamente una soluzione complessiva implementabile e sistematicamente ottimizzata", afferma Luis F. Piedra-Garza di Thyssenkrupp Steel Europe.

Fraunhofer ISE, che opera da dieci anni nel campo della sintesi del metanolo, per lo sviluppo del miniimpianto ha fatto affidamento su un concetto di processo semplice e robusto. Si basa su due reattori adiabatici non raffreddati e su un riciclaggio di tipo industriale dei gas non reagiti. L'impianto è entrato in esercizio di prova con gas in bombole presso il Fraunhofer ISE di Friburgo nel 2017 prima di essere trasferito all'impianto pilota Carbon2Chem di Duisburg nel 2019.

I gas di scarico della vicina acciaieria integrata vengono trattati in un sistema di purificazione dei gas della Thyssenkrupp Industrial Solutions utilizzando catalizzatori e assorbenti dell'azienda chimica specializzata Clariant e sono privi di veleni catalizzatori per la successiva sintesi.

"Il personale di Thyssenkrupp Uhde Engineering Services mantiene il sistema di depurazione del gas in funzione 24 ore su 24. L'acciaieria funziona su tre turni, quindi c'è sempre gas a sufficienza. Abbiamo quindi le condizioni ideali per il funzionamento continuo su scala di impianto pilota", spiega Max Hadrich , capo del gruppo Power to Liquids presso Fraunhofer ISE.

In un totale di oltre 5.000 ore di funzionamento in loco sono stati prodotti oltre 1.500 litri di metanolo grezzo. L’attenzione si è concentrata sull’utilizzo del gas purificato dell’altoforno che rappresenta la quota maggiore (85%) dei gas dell’acciaieria. In un test a lungo termine durato oltre 3.000 ore, non è stata rilevata alcuna diminuzione significativa dell'attività del catalizzatore. Ciò attesta il buon funzionamento del catalizzatore e della progettazione dell'impianto. «Carbon2Chem e la collaborazione con Fraunhofer ISE forniscono un quadro ideale per sottolineare le prestazioni dei nostri catalizzatori industriali di sintesi del metanolo MegaMax per la conversione efficiente e stabile dei gas di processo ricchi di CO2», afferma il dott. Andreas Geisbauer del partner del progetto Clariant.