Nel processo di decarbonizzazione dei combustibili si inserisce una categoria di prodotti che potenzialmente è in grado di fornire un importante contributo nella transizione energetica verso un futuro sostenibile, i cosiddetti “electrofuel”, anche denominati “powerfuel” o “Power-to-X (PtX)”, o più semplicemente: “e-fuel”.
Gli e-fuel sono combustibili liquidi o gassosi, di origine sintetica, prodotti tramite processi energivori alimentati da energia elettrica rinnovabile. Il processo di produzione di e-fuel ha come effetto complessivo quello di trasformare l’energia elettrica rinnovabile in energia chimica sotto forma di combustibili climate-friendly, utilizzabili come vettori energetici. La diffusa sostituzione dei combustibili fossili tradizionali con gli e-fuel potrebbe contribuire fortemente alla defossilizzazione del settore dei trasporti e alla conseguente riduzione delle emissioni di gas climalteranti.
Gli e-fuel possiedono caratteristiche del tutto simili a quelle dei corrispondenti combustibili tradizionali e questo li rende compatibili sia con l’esistente infrastruttura di trasporto, distribuzione e stoccaggio, sia con gli attuali sistemi di utilizzo finale. Inoltre, grazie alla loro elevata densità energetica, possono bilanciare l’intermittenza della produzione di energia elettrica rinnovabile tra le diverse stagioni per mezzo di uno stoccaggio su lunga durata (in sistemi stazionari su larga scala così come in cisterne mobili), integrando così i tradizionali sistemi di immagazzinamento dell’energia.
Indipendentemente dal prodotto finale, tutte le filiere di produzione iniziano con un processo di elettrolisi dell’acqua alimentato da energia elettrica rinnovabile, che permette di ottenere l’e-fuel più semplice da produrre: l’idrogeno.
Le tecnologie di elettrolisi dell’acqua possono essere classificate in tre categorie: alcalina (AEL), con membrana polimerica elettrolita (PEMEL) e con elettrolita ad ossidi solidi (SOEL). Le prime due sono processi a bassa temperatura (tecnologie ben consolidate e vendute commercialmente), mentre l'ultima è un processo ad alta temperatura. L’elettrolisi alcalina è la tecnologia più matura ed è da decenni utilizzata in varie applicazioni, tuttavia la sua flessibilità di processo è inferiore rispetto a quella dell’elettrolisi con membrana polimerica elettrolita. Questa caratteristica risulta essere di fondamentale importanza dovendo alimentare il processo elettrolitico con energia elettrica rinnovabile prodotta da fonti intermittenti. L’elettrolisi con membrana polimerica elettrolita offre una flessibilità maggiore, un avvio rapido e, in generale, una migliore adattabilità a sistemi dinamici e intermittenti ma, di contro, risulta essere economicamente più dispendiosa e dotata di una aspettativa di vita più limitata. Le celle elettrolitiche ad alta temperatura sono ancora in fase di sviluppo ma sono già state testate in numerosi progetti pilota. Questa tecnologia, operando a temperature elevate, permette di ridurre il voltaggio di equilibrio della cella, riducendo di conseguenza anche la richiesta di energia elettrica.
Per la produzione degli altri e-fuel, all’elettrolisi segue una fase in cui l’idrogeno viene combinato con la CO2 (o con N2 per la produzione di ammoniaca) in un processo di sintesi chimica che varia in relazione al combustibile finale: metanazione per la produzione di metano, sintesi del metanolo per la produzione di metanolo, DME, OME, olefine o idrocarburi liquidi, e reazione inversa dello spostamento del gas d’acqua seguita da un processo Fischer-Tropsch per la produzione di idrocarburi liquidi.
Nella Figura è proposta una sintesi dei potenziali usi primari degli e-fuel nei diversi segmenti del settore del trasporto.
Sintesi dei potenziali usi primari degli e-fuel nei segmenti del settore del trasporto
Fonte: elaborazione dati Concawe
Gli e-fuel sono potenzialmente in grado di garantire significative riduzioni di emissioni di CO2 in relazione ai rispettivi combustibili tradizionali a base fossile: 85-96% su base Well-to-Tank (WTT) e 70% su base Life-Cycle Analysis (LCA). Le differenze tra combustibili tradizionali ed e-fuel sono più marcate nel passaggio ad un’analisi Well-to-Wheel (WTW): le emissioni dirette di CO2 generate durante la fase di combustione degli e-fuel sono infatti compensate dal credito accumulato in fase di cattura della CO2 utilizzata per la sintesi del combustibile. La cattura della CO2 può essere effettuata direttamente dai gas esausti, dall’upgrading del biogas o per estrazione dall’atmosfera tramite il processo di Direct Air Capture. In aggiunta alla significativa riduzione delle emissioni di gas climalteranti, l’utilizzo degli e-fuel in sostituzione dei rispettivi combustibili tradizionali appare potenzialmente in grado di garantire importanti benefici dal punto di vista della qualità dell’aria. Sebbene l’utilizzo di questi combustibili sintetici non permetta di eliminare totalmente le emissioni inquinanti in atmosfera, le loro molecole sembrano avere favorevoli caratteristiche in fase di combustione.
