Come sfruttare il mare per ottenere carburante?

Articolo a cura di Renato Ceccarelli.

Quello che può sembrare fantascienza è già realtà nei centri di ricerca della marina statunitense, dove è stato sviluppato un processo per estrarre anidride carbonica e idrogeno dall’acqua marina e combinarli in modo tale da ottenere carburante per motori di vario genere.

Questione di chimica

La prassi adottata dai ricercatori del Center for Corrosion Science & Engineering facility dell’NRL è apparentemente semplice. Si estraggono inizialmente l’idrogeno e l’anidride carbonica: l’acqua marina viene convogliata in una cella di acidificazione elettrochimica, dove scambia ioni di idrogeno prodotti sull’anodo con ioni di sodio, mentre al catodo l’acqua viene ridotta in idrogeno biatomico ottenendo quindi idrossido di sodio (NaOH) che torna in mare per riequilibrare il pH.

Alcuni scienziati dell’NRL hanno sviluppato con altri partner un dispositivo ad alto grado di innovazione capace di rimuovere dall’acqua di mare fino al 92% di CO2 sia disciolta che legata: E-CEM, sigla che sta per ‘modulo di scambio di cationi elettrolitici’, è stato brevettato nel 2016 ed è l’elemento cardine del processo che consentirà di ricavare sistematicamente carburante dal mare nei prossimi decenni.

L’NRL ha inoltre realizzato negli ultimi 10 anni un processo GTL (gas to liquid) simile al Fischer-Tropsch per convertire CO2 e H2 in un combustibile analogo, in una certa misura, a quelli composti da molecole lunghe (C9 – C16). Nella prima fase del processo è stato usato un catalizzatore a base di ferro in grado di ottenere livelli di conversione di CO2 fino al 60% e ridurre la produzione indesiderata di metano dal 97% al 23% a favore invece di idrocarburi insaturi a catena lunga (olefine). Nella seconda fase queste olefine possono essere oligomerizzate (in sostanza il processo inverso della polimerizzazione) per ottenere un liquido contenente molecole di idrocarburi adatte ad una possibile sostituzione dei carburanti a base di petrolio.

Un’ energia più pulita?

“Con una maggiore attenzione diretta alla mitigazione degli effetti dell’anidride carbonica sull’ambiente (in particolare l’oceano), un’interessante e attraente alternativa è riciclare il gas stesso in molecole energetiche.” La spiegazione della dottoressa Heather Willauer, chimica e ricercatrice dell’NRL, evidenzia un aspetto non associabile ai combustibili attualmente in uso: la sostenibilità legata all’uso di una fonte rinnovabile. Inoltre, aggiunge Willauer: “il processo è neutro rispetto alla CO2 e riduce le emissioni dei composti di zolfo (SOx) e azoto (NOx) che sono sottoprodotti della combustione di combustibili fossili derivati dal petrolio”. L’anidride carbonica prodotta dalla combustione di questi nuovi carburanti sintetici viene restituita all’atmosfera riequilibrandosi con l’oceano per completare il naturale ciclo del carbonio.

Vantaggi e limiti attuali

La prospettiva del possibile impiego di questi nuovi carburanti potrebbe avere molteplici ripercussioni sul mondo marittimo e non solo. Come si evince dai comunicati stampa dell’NRL, secondo il cmdr (commander., grado della US Navy, ndr) Felice DiMascio:

La capacità di una nave di produrre una significativa frazione del carburante di una squadra navale per le operazioni in mare potrebbe ridurre il tempo medio tra i rifornimenti e incrementarne la flessibilità operativa. Ridurre la catena logistica della distribuzione di carburante con un potenziale incremento della sicurezza e dell’indipendenza energetica della Marina, minimizzando l’impatto sull’ambiente, è stato il fattore chiave nello sviluppo di questo programma.

Alcuni piccoli ma significativi risultati in campo applicativo ci sono stati già a partire dal 2013 quando nel mese di settembre un campione di carburante sintetico ha fatto volare con successo un modello RC a Blossom Point, nel Maryland. Attualmente L’E-CEM è capace di produrre in mare carburanti quali LNG, CNG, F-76 e JP-5, adatti al rifornimento di navi, aerei e altri mezzi imbarcati. Gli attuali limiti del sistema sviluppato dagli scienziati dell’NRL sono invece legati alla produzione su vasta scala, con un tasso di produzione di feedstock di un singolo E-CEM di poco più di un gallone (circa 3,8 litri) al giorno a fronte di quasi due milioni di tonnellate di carburante che annualmente (dato del 2011) lo US Navy Military Sea Lift Command consegna alle unità in servizio.

L’obiettivo iniziale di avere il 50% del fabbisogno energetico derivato da fonti alternative entro il 2020 sembra difficile da raggiungere, tuttavia si ritiene possibile un primo impiego di navi auto-rifornite già a partire dal prossimo decennio.

Fonti:

“Fueling the Fleet, Navy Looks to the Seas”, Daniel Parry

“NRL Seawater Carbon Capture Process Receives U.S. Patent”, Daniel Parry

“NRL Receives US Patent for Carbon Capture Device: A Key Step in Synthetic Fuel Production from Seawater”, Daniel Parry

DiMascio, H. D., Willauer, D. R. Hardy, M. K. Lewis, and F. W. Williams, “Extraction of carbon dioxide from seawater by an electrochemical acidification cell. Part I: Initial feasibility studies,” NRL Memorandum Report