Le proiezioni sul consumo energetico mondiale prevedono che il carbone rimarrà una delle principali fonti energetiche mondiali nei prossimi decenni, e una quota crescente sarà utilizzata in CTL, la conversione del carbone in combustibili liquidi. I ricercatori del National Institute of Clean-and-Low-Carbon Energy di Pechino e della Eindhoven University of Technology hanno sviluppato catalizzatori a base di ferro che riducono sostanzialmente i costi operativi e aprono la porta alla cattura delle grandi quantità di CO ₂ che sono generati da CTL. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Progressi scientifici .

Per comprendere il significato di questo risultato, è richiesta una certa conoscenza del processo CTL. La prima fase è la conversione del carbone in syngas, una miscela di monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H ₂ ). Utilizzando il cosiddetto processo Fischer-Tropsch, questi componenti vengono convertiti in combustibili liquidi. Ma prima che ciò possa essere fatto, la composizione del syngas deve essere modificata per garantire che il processo dia origine a combustibili liquidi. Quindi parte della CO viene rimossa dal syngas convertendola in CO ₂ in un processo chiamato spostamento acqua-gas.

I ricercatori hanno affrontato un problema chiave nei reattori Fischer-Tropsch. Come nella maggior parte dei processi chimici, catalizzatori sono necessari per consentire le reazioni. I catalizzatori CTL sono principalmente a base di ferro. Sfortunatamente, convertono circa il 30 percento della CO in CO . indesiderata ₂ , un sottoprodotto che in questa fase è difficile da catturare e quindi spesso rilasciato in grandi volumi, consumando molta energia senza beneficio.

I ricercatori di Pechino ed Eindhoven hanno scoperto che la CO ₂ il rilascio avviene perché i catalizzatori a base di ferro non sono puri, ma sono costituiti da più componenti. Sono stati in grado di produrre una forma pura di uno specifico carburo di ferro, chiamato carburo di ferro epsilon, che ha una CO . molto bassa ₂ selettività. In altre parole, non genera quasi CO ₂ affatto. L'esistenza era già nota, ma fino ad ora, non era stato abbastanza stabile per il duro processo Fischer-Tropsch. Il team di ricerca sino-olandese ha ora dimostrato che questa instabilità è causata da impurità nel catalizzatore. Il carburo di ferro epsilon puro in fase che hanno sviluppato è, al contrario, stabile e rimane funzionale, anche in condizioni tipiche di lavorazione industriale di 23 bar e 250 gradi C.

Il nuovo catalizzatore elimina quasi tutta la CO ₂ generazione nel reattore di Fischer-Tropsch. Ciò può ridurre l'energia necessaria ei costi operativi di circa 25 milioni di euro all'anno per un tipico impianto CTL. il CO ₂ che era stato precedentemente rilasciato in questa fase può ora essere rimosso nella precedente fase di passaggio acqua-gas. Questa è una buona notizia, perché è molto più facile catturare in questa fase. La tecnologia per far sì che ciò accada si chiama CCUS (cattura del carbonio, utilizzo e conservazione). È stato sviluppato da altre parti ed è già applicato in diversi impianti pilota.

La conversione del carbone in combustibili liquidi è particolarmente rilevante nei paesi ricchi di carbone che devono importare petrolio per la loro fornitura di combustibili liquidi, come Cina e Stati Uniti. "Siamo consapevoli che la nostra nuova tecnologia facilita l'uso di combustibili fossili derivati ​​dal carbone. Tuttavia, è molto probabile che i paesi ricchi di carbone continueranno a sfruttare le loro riserve di carbone nei decenni a venire. Vogliamo aiutarli a farlo nel modo più sostenibile, ", afferma il ricercatore capo professore Emiel Hensen della Eindhoven University of Technology.

È probabile che i risultati della ricerca riducano gli sforzi per sviluppare catalizzatori CTL a base di cobalto. I catalizzatori a base di cobalto non hanno la CO ₂ problema, ma sono costosi e stanno rapidamente diventando una risorsa scarsa a causa dell'uso del cobalto nelle batterie, che rappresentano la metà del consumo totale di cobalto.

Hensen prevede che i catalizzatori di nuova concezione svolgeranno anche un ruolo di importazione nella futura industria dell'energia e dei prodotti chimici di base. La materia prima non sarà carbone o gas, ma rifiuti e biomasse. Syngas continuerà ad essere l'elemento centrale, in quanto è anche il prodotto intermedio nella conversione di queste nuove materie prime.