Approcci ottimizzati alla produzione di biocarburanti nelle raffinerie esistenti
Il settore dei trasporti, che fa affidamento sui combustibili fossili più di qualsiasi altro, nel 2021 ha generato il 37 % delle emissioni di CO2 prodotte da settori di consumo finale. I biocarburanti avanzati rappresentano una promettente alternativa di combustibile «drop-in» che potrebbe ridurre notevolmente l’impronta di carbonio di ambiti dei trasporti di difficile decarbonizzazione. Questi combustibili sostituiscono con materie prime di tipo non alimentare la prima generazione tuttora esistente di biocarburanti. Le materie prime solide sono sottoposte a liquefazione e trasformazione allo scopo di produrre un bio-olio che viene successivamente raffinato, generando i biocarburanti avanzati come prodotto finale. L’integrazione dei processi alla base della loro produzione nelle raffinerie esistenti svolgerà un ruolo fondamentale per lo sfruttamento delle potenzialità associate ai biocarburanti avanzati, consentendo di impiegare le procedure e le infrastrutture di raffineria esistenti e di realizzare un aumento della produzione di alternative ai combustibili fossili competitivo in termini di costi. Il progetto 4REFINERY, finanziato dall’UE, ha sviluppato una nuova tecnologia per la fabbricazione di biocarburanti destinata a materie prime differenti per agevolarne un’applicazione efficace ed efficiente nelle raffinerie esistenti.
Conversione primaria di materie prime da biomassa diversificate in bio-olio
La biomassa è differente dagli idrocarburi a base di combustibili fossili, in particolare per quanto concerne il suo contenuto di ossigeno e il fatto che è una materia prima di tipo solido. Essa richiede una fase di conversione primaria, ovvero la liquefazione in un bio-olio, per poter essere trasformata nelle raffinerie esistenti. I processi di liquefazione più promettenti sono la pirolisi veloce e la e liquefazione idrotermica (HTL, hydrothermal liquefaction). Secondo Duncan Akporiaye, coordinatore del progetto e direttore della ricerca presso SINTEF, «4REFINERY ha valutato diversi approcci all’integrazione con i processi delle raffinerie per ottimizzare l’efficienza e i costi della conversione primaria di residui forestali, eucalipto e paglia utilizzando le tecnologie complementari della pirolisi veloce e della liquefazione idrotermica».
Dal bio-olio alla biobenzina e al biodiesel: la co-trasformazione presso le raffinerie esistenti
Lo sfruttamento delle raffinerie esistenti prevedrà la co-trasformazione del bio-olio e del petrolio greggio. Il cracking catalitico fluido (FCC, fluid catalytic cracking) e l’idrotrattamento (HDT, hydrotreating) catalitico sono importanti processi di raffineria per la decomposizione dei grandi frammenti di petrolio in flussi di idrocarburi più leggeri. 4REFINERY ha esaminato tutte le fasi più importanti per effettuare i percorsi di trasformazione co-FCC e co-HDT in bio-oli nei processi di raffineria. Tra i risultati principali figurano la scoperta della possibilità di integrare l’olio di pirolisi trattato in modo moderato nel percorso di co-FCC e la dimostrazione della necessità di un trattamento più intenso per il percorso di co-HDT dei bioliquidi di pirolisi. Secondo quanto rilevato, i problemi legati alla compatibilità dei bioliquidi sottoposti a idrotrattamento nella co-trasformazione con SRGO (straight run gas oil, ovvero gasolio prodotto da distillazione primaria, prima di ulteriori conversioni o trattamenti) sono stati causati da questioni di solubilità. Ciononostante, la distillazione frazionata e l’impiego di distillati pesanti hanno consentito una miscibilità completa nell’SRGO, a indicare che si potrebbe comunque trattare di un percorso promettente per la co-trasformazione di bio-oli e combustibili fossili.
Uno strumento per aiutare le raffinerie a scegliere i processi ottimali
4REFINERY ha dimostrato che i processi di raffineria a base fossile esistenti dispongono delle potenzialità per essere riconfigurati al fine di produrre biocarburanti avanzati su scala commerciale, eliminando la necessità di costruire unità di produzione completamente nuove. Questo potenziale è stato realizzato dall’azienda partner del progetto BTG Biomass Technology Group, che ha costruito un’unità commerciale in Svezia per l’applicazione dei concetti sviluppati nell’ambito di 4REFINERY. Parallelamente, il consorzio e altri partner stanno ora lavorando all’ampliamento di una delle catene del valore di 4REFINERY verso la produzione di combustibili per l’aviazione e a uso marittimo. Il progetto ha permesso di approfondire la comprensione dell’impatto esercitato da diverse combinazioni di materie prime da biomassa e processi di trattamento sulle caratteristiche dei prodotti, fornendo indizi sugli effetti sinergici. «4REFINERY si è rivelato piuttosto unico dal punto di vista della capacità di testare una gamma molto vasta di catene del valore alternative, consentendo lo sviluppo di modelli esaustivi. I risultati di questi studi sono stati messi in atto in uno strumento che può venire utilizzato dalle raffinerie allo scopo di valutare le potenzialità di diversi scenari», conclude Akporiaye.
Parole chiave
4REFINERY, raffinerie, biocarburanti, biomassa, pirolisi, bio-olio, FCC, HDT, HTL, bioliquidi, liquefazione idrotermica, idrotrattamento, cracking catalico fluido