Coal-to-Liquid: una soluzione possibile per il dopo petrolio?
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18 April 2008
Il carbone liquefatto, o CTL (Coal-To-Liquid) è stato recentement l’oggetto del World CTL 2008, il primo Congresso Mondiale tenutosi a Parigi all’inizio di Aprile, e conosce attualmente un nuovo interesse da parte degli esperti di approvvigionamento energetico. La liquefazione che lo trasforma in combustibile liquido (benzina, gasolio e nafta) ritorna ad essere interessante poiché consente la produzione di un barile equivalente di petrolio a circa 45 euro.Di cosa si tratta realmente? Come si può trasformare il carbone in carburante? È una possibile alternativa al petrolio per i trasporti moderni, e a quali costi? Tutte domande cui gli esperti di energia di Sia Conseil rispondono in questo articolo.
Breve ritorno al passato…
La liquefazione è un processo che trasforma il carbone dallo stato solido in combustibile liquido, normalmente per sostituire i prodotti petroliferi. Offre ai grandi Paesi produttori di carbone una soluzione per ridurre sia i costi di trasporto, sia l’inquinamento legato all’utilizzo di questo combustibile.
Questo processo risale in realtà all’inizio del XX secolo(1), tuttavia i bassi prezzi e l’abbondanza delle riserve di petrolio greggio e di gas naturale hanno limitato la sua applicazione. Per le stesse ragioni, tutte le prospettive commerciali sono state azzerate durante gli anni ’90. Solamente qualche Paese, tra cui la Germania durante la Seconda Guerra Mondiale(2) e il Sudafrica, a partire dagli anni ’60, hanno liquefatto il carbone su larga scala.
Le tecnologie CTL possono essere classificate in due categorie, entrambe di origine tedesca:
La prima è una liquefazione indiretta(3), basata sull’applicazione di una successione di tecnologie. All’inizio degli anni ’20, Franz Fischer e Hans Tropsch hanno brevettato un procedimento che consente di produrre synthol, una miscela di alcol, aldeidi, acidi grassi ed idrocarburi, partendo da un gas sintetico d’idrogeno e di ossido di carbonio(4).
Questo processo è detto indiretto per l’utilizzo di questo gas intermedio, ottenuto per degradazione della struttura del carbone in seguito alla sua gassificazione con vapore ed ossigeno. La reazione di questo gas su un catalizzatore F-T appropriato permette poi di ottenere idrocarburi liquidi, essenzialmente paraffine.
I prodotti ottenuti sono di alta qualità e, in particolare, il Diesel, in cui non sono presenti lo zolfo ed i compositi aromatici. La sua combustione in una vettura dei nostri giorni permette una considerevole riduzione delle emissioni di particolato e di inquinanti.
La seconda è la liquefazione diretta(5), messa a punto per un utilizzo commerciale grazie alle ricerche di un pioniere del settore, Friedrich Bergius. Sette stabilimenti di liquefazione diretta erano in funzione in Germania prima della Seconda Guerra Mondiale, rapidamente affiancati da altri cinque all’inizio del conflitto.
La maggior parte dei processi diretti di liquefazione del carbone che sono stati utilizzati negli anni ’80 sono miglioramenti del metodo originale di Bergius. «Il carbone è triturato prima di essere immerso in un olio pesante di riciclaggio derivato dal carbone, per formare una pasta carbone/olio. Questa pasta, che contiene dal 30% al 50% di carbone, è poi riscaldata fino a 450 °C per circa un’ora in un’atmosfera di idrogeno a pressione compresa tra 13.900 e 20.900 kPa».
Diversi catalizzatori sono, a questo punto, utilizzati per migliorare la percentuale di conversione in prodotti liquidi. Due tonnellate di carbone consentono così di ottenere una tonnellata di derivati liquidi(6). Alcuni procedimenti sono stati perfezionati per diversi tipi di carbone, dalle ligniti di qualità più bassa ai carboni bituminosi ad alto tenore di materie volatili.
Carburante alternativo al petrolio? A quale costo?
Attualmente, il 96% dell’energia consumata dai trasporti stradali proviene dai prodotti petroliferi. La sostituzione con differenti energie alternative è motivata, da una parte, dalla riduzione della dipendenza dal petrolio e, dall’altra, dalla volontà di ridurre i gas ad effetto serra.
Finora, il costo della liquefazione del carbone è stato troppo elevato. Fino al 2003, con un prezzo del barile del petrolio attorno ai 25 dollari, il CTL a 45 dollari non aveva alcun interesse economico. Attualmente, il carbone sta per diventare la miglior opzione per garantire la sicurezza energetica di un Paese e contrastare il costo elevato del petrolio. «Il CTL ha tutte le caratteristiche per soddisfare gli imperativi economici ed ecologici degli anni futuri», sottolinea Steve Knell, direttore dell’analisi energetica di Global Insight.
World is consuming more oil and finding less. IAE 2007
In Cina, il numero dei proprietari di automobili è nettamente aumentato in questi ultimi anni e dovrebbe raggiungere i 250 milioni entro il 2025. La penetrazione cinese sarà allora di 150 vetture per mille abitanti [China Daily 2004], rispetto alle 10 vetture per mille abitanti del 2004, contro le 770 automobili per mille abitanti del Nord America [AIE 2004].
Per la Cina, la necessità di fornire le infrastrutture ed i carburanti rappresenta una considerevole sfida. Il CTL può quindi giocare un ruolo cruciale, come in tutti i Paesi che possiedono grandi riserve di carbone.
I carburanti per il trasporto, l’esempio della Svizzera:
Numerosi progetti di liquefazione sono in corso
Il Sudafrica è la prova che il carbone liquefatto funziona su larga scala. Presente su questo mercato dal 1955, la produzione ha raggiunto, attualmente, circa i 7 milioni di tonnellate (Mt) per anno di carburante e di prodotti chimici. Sasol(7), società sudafricana di riferimento nel settore del CTL, sta costruendo attualmente in Cina(8) due stabilimenti per il carbone liquido, con una spesa di 6 miliardi di dollari l’uno. L’azienda pubblica Shenhua Group, che si appresta nel corso del 2007 ad avviare la produzione nel primo stabilimento di CTL cinese, avrebbe già speso circa 7,5 miliardi di dollari.
Se i vecchi stabilimenti di CTL, come quelli del Sudafrica, sono grandi inquinatori, la maggior parte delle nuove infrastrutture sono dei modelli in materia di ecologia. Grazie al confinamento del CO2, una vettura alimentata a carbone liquido sarà del 30% più pulita rispetto ad una a benzina. Esiste, quindi, un futuro certo per il CTL, ma quali sono i mercati potenziali che gli assicureranno questo avvenire?
Riserve di carbone per paese WEC 2007
- La Cina
La Cina è il secondo maggior consumatore di petrolio del mondo. Attualmente, importa circa 3 milioni di barili al giorno. A questo livello, ogni aumento di un dollaro del barile, appesantisce la fattura energetica di 1,2 miliardi di dollari. Ciò ha spinto la Cina a sviluppare sostituti del petrolio con le proprie capacità interne. Questo progetto, previsto nel corso dell’anno nel Nord della Cina, dovrebbe raggiungere una capacità massima di 50.000 barili al giorno.
Shenhua Group ha firmato un accordo con le società Shanghai Huayuan Group e Shanghai Electric Group. Tutte e tre hanno investito 100 milioni di yuan (circa 10 milioni di euro) nello studio della liquefazione del carbone, per ottenere derivati petroliferi. L’obiettivo è quello di produrre, nel 2008, 5 milioni di tonnellate di carburante, partendo da 10 milioni di tonnellate di carbone.
- L’Australia
L’Australia detiene il quinto posto mondiale per le sue riserve di carbone e ne è il maggior esportatore al mondo. Tuttavia, deve importare petrolio per soddisfare le sue necessità e le attuali condizioni la spingono progressivamente a sviluppare un’industria interna di CTL. Monash Energy ha recentemente lanciato un progetto per produrre 62.000 barili al giorno di CTL e previsto uno stabilimento dimostrativo entro il 2010, che dovrebbe produrre anche 220 MW di elettricità. Lo stabilimento sarà situato nel Sud est dell’Australia ed utilizzerà lignite locale. Le emissioni di CO2 saranno confinate e poi trasportate a 200 km di distanza per essere immagazzinate in giacimenti di petrolio e di gas dello stretto di Bass. I risultati dello studio di fattibilità hanno indicato che questo progetto potrebbe portare numerosi vantaggi all’economia australiana.
- Gli Stati Uniti
Gli Stati Uniti rappresentano i maggiori consumatori e importatori di petrolio del mondo; sono, perciò, particolarmente vulnerabili alle forti crescite dei prezzi del greggio. Tuttavia, dispongono del 27% delle riserve mondiali accertate di carbone, il che lascia prevedere un futuro sicuro per le tecnologie CTL.
Nel complesso, nove Stati pensano seriamente di impegnarsi nel carbone liquido. Lo scorso ottobre, il Governatore del Montana(9), Brian Schweitzer, ha annunciato la costruzione del primo stabilimento CTL verde per 1,3 miliardi di dollari. «Il CTL potrebbe un giorno fornire tutto il carburante per i trasporti negli Stati Uniti», ha affermato. Lo stabilimento, con una capacità di 22.000 barili al giorno di Diesel sintetico, verrà costruito in prossimità della miniera di Bull Montain. Questo annuncio è avvenuto qualche mese prima dell’avvio del primo progetto CTL a Medicine Bow, nello Wyoming(10), che dovrebbe produrre, a partire dal 2009, 11.000 barili al giorno. In Alaska, un terzo progetto è stato presentato nello scorso ottobre, con l’accordo tra lo Stato e Chinese Petroleum Corp, con l’obiettivo di 80.000 barili al giorno, nei pressi della miniera di Beluga, per un costo di 5 miliardi di dollari. Altri progetti sarebbero in corso in Pennsylvania ed in Arizona.
- L’Indonesia
L’Indonesia ha importanti riserve di carbone e, nel passato, si è molto concentrata nel mercato dell’esportazione. Tra il 2003 e il 2004, la produzione indonesiana di carbone è cresciuta del 17,3%, più rapidamente rispetto alle altre parti del mondo [BP 2005]. L’Indonesia è, quindi, diventata un importatore netto di petrolio nel 2004. Di conseguenza, la produzione di carbone è stata sempre più concentrata sul mercato interno, per la generazione di elettricità e, potenzialmente, per i carburanti sintetici. All’inizio del 2006, Bumi, la più grande azienda privata di energia dell’Indonesia, ha annunciato un progetto per la costruzione di uno stabilimento a sud di Sumatra, per la produzione di 80mila barili al giorno.
- La Germania
La Germania è il quarto importatore mondiale di petrolio ed il nono produttore di carbone. Il progetto di Spreetal prevede una prima fase di produzione di 20.000 barili al giorno ed un aumento della produzione di metanolo e della potenza della centrale elettrica, che utilizza attualmente il syngas (CO + H2) derivato dal carbone, gli scarti del petrolio, le biomasse e i rifiuti urbani. Il progetto è attualmente in attesa di un aiuto finanziario da parte del Governo del Land di Saxe (Sachsen).
- L’India
L’India importa attualmente oltre il 70% delle sue esigenze di petrolio, disponendo tuttavia di 92 miliardi di tonnellate di riserve certe di carbone. Ai ritmi di produzione attuali, l’India dispone da sola di oltre 200 anni di riserve di carbone.
Benché non ci siano progetti di CTL formalmente avviati finora, Sasol ha avuto un certo numero di contatti con il Governo e con le industrie. La Commissione per gli investimenti starebbe esaminando interventi per circa 6 miliardi di dollari [Business Standard 2006], mentre il Ministero del carbone ha commissionato uno studio di fattibilità.
Fino al 2005, il prezzo del carbone è restato stabile, con una variazione tra 35 e 50 dollari la tonnellata, contrariamente a quello del petrolio, che è passato da 10 a 50 dollari al barile negli ultimi vent’anni, con una forte fluttuazione. «In un mondo dove tutto, compresa la politica, si gioca sull’economia e dove l’economia ha un bisogno incontestabile di energia, questo aspetto non è trascurabile e lascia prevedere un futuro roseo per il carbone». La produzione mondiale del carbone liquefatto dovrebbe passare dagli attuali 15.000 barili al giorno a 600.000 nel 2020, per raggiungere 1,8 milioni di barili quotidiani nel 2030. In Cina, la filiera raccoglie oggi circa 25 miliardi di dollari di investimenti.
Sia Conseil Italia
Note:
1) Nel 1931, Carl Bosch e Friedrich Bergius hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica per i loro lavori sulla liquefazione del carbone.
2) Nel corso della Seconda Guerra Mondiale, la Germania ha prodotto 5 milioni di tonnellate di benzina l’anno partendo dal carbone.
3)
4) Il processo Fischer-Tropsch (F-T) è alla base della liquefazione indiretta del carbone
5)
6) Con un carbone a 10.000 kcal/kg ed un rendimento della pirolisi del carbone del 60%, sono necessarie 1,8 tonnellate di carbone per produrre una tonnellata di petrolio. In tal modo, per produrre 43 milioni di barili al giorno, cioè 5,6 milioni di tonnellate di petrolio al giorno o 2.040 milioni di tonnellate di petrolio l’anno, occorrono perciò 3.672 milioni di tonnellate di carbone l’anno per soddisfare la domanda a partire dal 2020.
7) Sasol, azienda semi pubblica, copre il 30% delle esigenze energetiche dei trasporti in Sudafrica.
Prima nella Regione di Ningxia e la seconda nella Provincia di Shaanxi.
9) Il Montana è il sesto Stato per la produzione, con 40 milioni di tonnellate estratte nel 2005 ed il primo per riserve stimate, con circa 120 miliardi di tonnellate e sei miniere, di cui una sotterranea.
10) Si tratta del primo Stato per produzione, con 404 milioni di tonnellate nel 2005. In totale ha diciotto miniere, di cui una sotterranea.
Fonti:
http://www.autorita.energia.it/
Articoli in : Approvvigionamento,Carbone,Commercializzazione,Energia,Estrazione produzione,Mercato dell'energia,Petrolio,Politiche energetiche,Punti di vista
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