I governi vogliono entrate fiscali. Gli automobilisti vogliono miglia economiche. Il risultato? Una corsa frenetica per trovare una fonte di energia che non sia la benzina. Per anni, il settore ha oscillato tra esagerazioni e promesse vuote. Idrogeno? Ancora in attesa delle infrastrutture. Densità della batteria? In miglioramento, ma lento. L’ultimo contendente, tuttavia, non è un nuovo elemento o un composto chimico complesso. È proprio la cosa che stiamo cercando di eliminare. Anidride carbonica.
Possiamo davvero trasformare i gas di scarico in energia?
Sembra un’alchimia fantascientifica. Prendiamo il gas serra che sta riscaldando il pianeta, lo eliminiamo e lo ricostruiamo in combustibile liquido. Diverse aziende stanno attualmente facendo a gara per rendere il carburante CO2 una realtà commerciale. Non ne parlano più e basta. Stanno costruendo progetti pilota. La logica è seducente. Se riesci a catturare il carbonio emesso da un motore e convertirlo in carburante per un altro, crei un circuito chiuso. Un’economia circolare del carbonio, in sostanza. Non è necessario estrarre nuovi combustibili fossili. Semplicemente riciclato.
Ma il diavolo è nella chimica. E l’economia.
Il costo energetico della trasformazione dell’aria in carburante
Il processo generalmente prevede la cattura della CO2 dalle emissioni industriali o anche direttamente dall’atmosfera. Quindi, hai bisogno di idrogeno. Non un idrogeno qualsiasi, ma idrogeno verde, prodotto tramite elettrolisi utilizzando elettricità rinnovabile. Si distruggono insieme CO2 e H2 sotto alta pressione e calore, utilizzando catalizzatori specializzati. Il risultato? Carburanti sintetici, spesso chiamati e-fuel o power-to-liquid (PtL).
Il problema? Ci vuole un’enorme quantità di energia per realizzarlo. L’elettrolisi è inefficiente. La compressione è ad alta intensità energetica. Il processo di conversione perde una parte significativa dell’energia rinnovabile originaria. Quindi, anche se il carburante è a zero emissioni di carbonio quando viene bruciato, la catena di produzione è ben lontana da ciò. A meno che non si disponga di una quantità assurda di energia eolica o solare in eccesso, i conti si complicano rapidamente.
Perché questo interesse improvviso?
Perché adesso? Perché il motore a combustione interna non se ne andrà in silenzio. Il divieto imposto dall’UE nel 2035 sulle nuove auto ICE ha scatenato il panico tra i produttori tradizionali. Porsche sta già investendo molto nei carburanti elettrici. Sostengono che mentre le nuove auto devono essere elettriche, i miliardi di veicoli ICE esistenti sulla strada necessitano di un sostituto immediato della benzina. Diesel, carburante per aerei, carburante marittimo: tutti hanno bisogno di alternative. I combustibili derivati dalla CO2 offrono un ponte. Un modo per mantenere i motori accesi senza aggiungere nuovo carbonio all’atmosfera.
Ma è più economico? Non ancora. I costi di produzione sono elevati. L’infrastruttura per la distribuzione di questi combustibili sintetici non esiste su larga scala. E il divario di efficienza rimane un problema evidente. Un motore elettrico ha un’efficienza pari a circa il 77-90% dalla rete alla ruota. Un motore elettrico? Forse il 30-40%. Stai buttando via metà della tua energia solo per bruciarla.
La vera domanda non è se funziona, ma se è importante
La tecnologia funziona. Lo sappiamo da decenni. Il processo Haber-Bosch ha fatto qualcosa di simile con l’ammoniaca nel XX secolo. Il processo Fischer-Tropsch converte il carbone in combustibile liquido, ampiamente utilizzato in Sud Africa. Ora stiamo semplicemente scambiando carbone con CO2 catturata e idrogeno verde.
Il collo di bottiglia non è la scienza. È scala. Possiamo produrre abbastanza idrogeno verde?
La realtà economica del combustibile a base di carbonio
Byron Elton non sta solo vendendo un sogno. Sta puntando a una concreta joint venture da 10 miliardi di dollari tra la Louisiana e Sasol, un colosso energetico sudafricano, per costruire un imponente impianto Gas-to-Liquid (GTL) vicino a Lake Charles. L’obiettivo? Per dimostrare che i veicoli alimentati a CO2 non sono solo una curiosità di laboratorio. Stanno arrivando. Veloce.
La società di Elton, Carbon Sciences, ha un processo che trasforma CO2, metano e un catalizzatore in gas di sintesi. Questo syngas diventa diesel pulito. Più tardi, carburante per aerei. Poi benzina. Nessun cambio di motore. Nessun retrofit. Basta pomparlo e andare.
Il processo Fischer-Tropsch alla base di tutto ciò non è nuovo. Alimentava i carri armati durante la seconda guerra mondiale. Ma è sempre stato troppo costoso per competere con il petrolio greggio. Elton afferma che le cose sono cambiate. La sua tecnologia presumibilmente lo rende praticabile. E pulito. Sostiene che non stiamo solo producendo carburante. Stiamo ripulendo l’atmosfera.
Ma non tutti lo stanno comprando.
L’opposizione non nega l’alchimia. Negano l’economia. Produrre carburante dalla CO2 è costoso. È inefficiente. L’energia necessaria per catturare e convertire il carbonio spesso supera l’energia prodotta dalla goccia finale.
Quindi cosa otteniamo? Un’ustione più pulita. Un’impronta più piccola. Ma a un prezzo più alto. E un’efficienza inferiore.
Stiamo davvero risolvendo il problema climatico? O semplicemente trovare un modo più costoso di guidare?
Scambiare male per meno male
Il dibattito non riguarda la fisica. Si tratta di pragmatismo.
Se sei un decisore politico che desidera raggiungere obiettivi aggressivi in materia di emissioni, i veicoli alimentati a CO2 offrono un percorso diretto. Catturi i rifiuti. Lo trasformi in energia. Lo giri in loop. È circolare. È sexy.
Ma se sei un ingegnere o un consumatore, i conti si fanno complicati. L’LCA (Life Cycle Assessment) racconta una storia diversa. L’infrastruttura per GTL è ad alta intensità di capitale. La densità energetica è buona, ma non sufficiente a compensare i costi di estrazione.
Alcuni sostengono che stiamo scambiando l’aria cattiva del petrolio con la cattiva economia del carburante sintetico. È un guadagno netto in purezza. Una perdita netta in termini di accessibilità.
Elton dice che i costi diminuiranno. Sasol afferma che il volume giustificherà il prezzo. Il governo dello stato della Louisiana afferma che i posti di lavoro giustificano il rischio.
Ma gli scettici restano. Vedono una soluzione cercando un problema. O un problema che è già stato risolto dalle batterie e dalle energie rinnovabili.
Perché investire miliardi in un complesso impianto chimico quando potresti semplicemente elettrificare la rete?
La risposta dipende da cosa apprezzi di più. Riduzione immediata delle emissioni dallo scarico? O efficienza sistemica a lungo termine?
Non c’è una risposta facile. Solo una scelta tra due futuri imperfetti. Si brucia la terra. L’altro brucia soldi. Entrambi bruciano carbonio.
Il carburante è pronto. La domanda è se qualcuno pagherà per questo.
La termodinamica del riciclaggio del carbonio
Il clamore sulla cattura della CO2 per creare combustibili sintetici suona stranamente familiare a Ozzie Zehner. Professore in visita alla UC-Berkeley e autore del libro di prossima uscita Green Illusions (Bison Books, 2012), Zehner vede un parallelo diretto con il boom delle celle a combustibile a idrogeno che si è esaurito solo pochi anni fa. Quell’era prometteva un futuro pulito alimentato dall’energia solare in eccesso utilizzata per dividere l’acqua in idrogeno. Il problema? La contabilità energetica non ha mai quadrato. Dovevi pompare più energia nel processo di elettrolisi di quanta ne avessi mai ottenuta dalla cella a combustibile.
È come far funzionare una macchina per stampare denaro che costa 23 dollari per stampare una banconota da 20 dollari. Stai letteralmente spendendo valore per creare valore, con una perdita netta.
Zehner sostiene che la creazione di combustibili sintetici dal biossido di carbonio è altrettanto energicamente punitiva. I sostenitori affermano che questi processi possono immagazzinare calore o elettricità in una forma liquida dispacciabile per un uso successivo. Tecnicamente è vero. Ma ecco la dura verità che Zehner sottolinea: La CO2 non è un combustibile. È un prodotto di scarto. Deve essere raffinato chimicamente in qualcosa di combustibile, come il metano, che è il componente principale del gas naturale.
La barriera è la termodinamica. Nello specifico, la reazione endotermica necessaria per legare carbonio e idrogeno. È necessario iniettare calore ed energia significativi per guidare la reazione. Potresti estrarre un po’ di carburante, ma non recupererai mai tutta l’energia in ingresso.
“Fino a quando non scopriranno come cambiare le leggi della termodinamica”, dice Zehner, “rimarremo bloccati con ciò che abbiamo.”
Allora perché affrontare questa trafila complessa e ad alta intensità energetica? Zehner sottolinea che è molto più semplice ed economico estrarre semplicemente le risorse di gas naturale esistenti. Abbiamo già enormi riserve di metano nel sottosuolo. Perché pagare per eliminare la CO2 dall’atmosfera, mescolarla con l’idrogeno, applicare un calore intenso e quindi estrarre il metano risultante? Nessun attore industriale lo fa. L’economia non funziona quando si ha una fornitura pronta del prodotto finito.
Poi c’è il discorso della pulizia. I sostenitori suggeriscono che i combustibili sintetici sono più puliti dei combustibili fossili. Per definizione, non lo sono. Hai bisogno di energia per creare o riformare il carburante. Se l’energia proviene dal nucleare per ottenere un volume sufficiente per il processo di conversione, rimane una domanda politica: il nucleare è effettivamente più pulito dell’estrazione di combustibili fossili? La risposta dipende da chi chiedi.
Perché la trasformazione del carbonio in combustibile sottrae energia
Il problema principale con i combustibili sintetici è la penalità energetica. Per trasformare la CO2 in un combustibile utilizzabile come il metano, è necessaria una reazione endotermica. Ciò significa che è necessario fornire calore ed energia esterni per guidare il cambiamento chimico. Nel carburante risultante si recupera un po’ di energia, ma mai tutta. Come osserva Zehner, finché qualcuno non capisce come cambiare le leggi della termodinamica, rimaniamo bloccati nella realtà fisica della perdita di energia.
Zehner paragona questo al sogno fallito dell’idrogeno. Si supponeva che le celle a combustibile a idrogeno utilizzassero l’energia eolica solare in eccesso per creare idrogeno. Il problema? Per creare l’idrogeno è stata necessaria più energia di quella che ne è stata ricavata. È come avere una macchina che crea banconote da 20 dollari, ma crearne ciascuna costa 23 dollari.
Zehner sostiene che la creazione di combustibili a base di CO2 richiede altrettanto energia
La falsa equivalenza della difesa delle auto verdi
La conclusione di Zehner colpisce con un tonfo pesante. Sostiene che stiamo semplicemente scambiando un problema con un altro. “Non è accettabile che i medici promuovano sigarette a basso contenuto di catrame”, osserva. “Perché gli ambientalisti dovrebbero promuovere automobili alimentate in modo alternativo?”
Sembra forte. Funziona bene in un dibattito. Ma ciò regge se si guarda ai meccanismi effettivi della situazione? L’analogia con le sigarette a basso contenuto di catrame ignora la differenza fondamentale tra un prodotto intrinsecamente tossico e una tecnologia che è semplicemente meno dannosa del suo predecessore.
La domanda persistente non è solo retorica. È pratico. Un’alternativa “a basso contenuto di catrame” è una soluzione praticabile per l’ambiente? O stiamo semplicemente lucidando le cromature di una nave che affonda? Il dibattito se i carburanti alternativi siano una vera soluzione o una distrazione di marketing rimane aperto.
