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PRODUZIONE DI PETROLIO SINTETICO DA CARBONE E BIOMASSE
È possibile convertire il carbone in petrolio senza attendere tempi geologici e senza ricorrere a tecnologie che prevedono i consueti processi termochimici, come la pirolisi o la gassificazione: complessi, costosi ed energivori.
È un processo di liquefazione innovativo, che consiste nel trattamento fisico-chimico di sintesi cui viene sottoposta la materia prima (in questo caso carbone, ma anche biomasse in genere, contenenti carbonio), che permette la rottura dei legami molecolari e la loro ricomposizione, ottenendo, come risultato, un combustibile liquido con le caratteristiche del petrolio : un petrolio sintetico.
La storia
Questo processo tecnologico prende spunto dagli studi di uno scienziato russo di epoca sovietica (Lev Aleksandrovic Yutkin, 1911 – 1980) che già dagli anni ’50 e ’60 del secolo scorso ha iniziato ad elaborare e sperimentare la teoria così detta dell’Effetto elettroidraulico.
Anche se le sue prime macchine servivano per frantumare pietre e minerali e lavorare metalli ed altri materiali solidi, le sue successive applicazioni hanno trovato impiego anche in altri settori industriali, dalla metalmeccanica alla metallurgia ed all’industria mineraria, dall’edilizia alla chimica finanche all’agricoltura. (L.A. Yutkin, 1986, «Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности» - “Elektroghidravliceskij effekt i ego primenenie v promyslennosti” - “Effetto elettroidraulico e suoi impieghi nell’industria”, Leningrad, ed. Mashinostroenie, pagg. 253).
Oggi
Grazie ad un lavoro di elaborazione e calcolo teorico, accompagnato da sperimentazioni pratiche (in particolare con lignite) in impianti da laboratorio, un nostro gruppo di esperti ha potuto dimostrare la validità del processo di liquefazione elettrochimica e di ottenere un prodotto con le caratteristiche fisico-chimiche del petrolio sintetico, dal quale si può successivamente ricavare, con opportuna raffinazione, diversi prodotti pregiati [antraceni (C14H10), naftaleni (C10H8), benzeni (C6H6), oltre a diesel e benzine].
Il processo tecnologico
Il processo di conversione in idrocarburi liquidi della materia prima, miscelata con acqua, si basa sul cosiddetto “effetto elettroidraulico” che si realizza con una scarica elettrica ad impulsi ad alto voltaggio in un ambiente liquido ed in flusso.
Quando si ha una scarica elettrica in un liquido avviene un’emissione di energia durante un intervallo di tempo abbastanza breve.
Dove si incanala la scarica avviene un intenso e localizzato riscaldamento del liquido. Inoltre, qui si concentra l’energia del gas ionizzato surriscaldato e del vapore.
Sotto l'effetto degli impulsi, tutto questo ambiente viene sottoposto a sollecitazioni di compressione e dilatazione alternate. Nelle zone di dilatazione appaiono bolle dovute alla cavitazione, che implodono sotto l'effetto dell'onda riflessa.
Inoltre, il potente impulso elettrico ad alto voltaggio, dato in maniera improvvisa, brusca, non graduale provoca anche altri effetti fisico-chimici nel liquido e nei corpi che vi si trovano: una carica distruttiva (rottura) elettrica e la formazione del canale della scarica, un’intensa emissione di energia nel canale, l’originarsi di onde di compressione ed impulsi di pressione che si trasformano in un’onda d’urto, ed anche onde sonore ad infrasuoni ed ultrasuoni.
Si ha così un cracking delle catene molecolari lunghe degli idrocarburi presenti nella materia prima, mentre le molecole dell'acqua si scompongono in idrogeno e ossigeno sotto l'effetto della scarica elettrica.
Nella sospensione acqua carbone (anche con l’aggiunta di una piccola percentuale di idrocarburi di scarto), durante il processo elettrochimico avviene la rottura delle molecole del carbone, che si presentano come una lunga catena di carbonio, con la separazione del carbonio atomico C, ed anche la rottura delle molecole dell’acqua, con la separazione dell’idrogeno atomico H, inoltre nell’aggiunta di idrocarburi si separano i complessi più corti C-H. L’acqua svolge la funzione di solvente e di donatore di idrogeno.
Le molecole di idrogeno (ottenuto dagli idrocarburi e dall'acqua) si combinano con le molecole di carbonio della materia prima, il che porta alla sua liquefazione in un ambiente di idrogeno (idrogenazione).
Successivamente è possibile trattare il prodotto ottenuto anche con gli ultrasuoni.
Le particelle di radicali liberi attivi H, O, OH, che si formano vicino alle scariche elettriche, fungono da succedanei (surrogati) nei legami rotti ed impediscono le reazioni di ricomposizione (ricostruzione).
Parametri del processo
- durata del trattamento 9 minuti;
- potenza media assorbita ≈ 4÷8 kW;
- dimensioni della materia prima (granulometria carbone) ≈ 0.2 mm. (200 micron);
Il petrolio ottenuto risulta perfettamente stabile, infatti un campione prodotto in dicembre ed analizzato circa quattro mesi dopo è risultato identico a quello esaminato all’epoca della produzione.
Composizione frazionata del prodotto:
30% olio, etere, alcoli, idrocarburi volatili, gas di sintesi;
10% diesel;
10% benzina
Il sistema proposto è sostenibile dal punto di vista economico, in quanto può trattare materia prima di basso costo e non è energivoro.
È affidabile, in quanto semplice ed adatto a condizioni ambientali anche difficili, con un impianto che funziona con parametri non critici, in particolare pressione atmosferica, bassa temperatura e idrogenazione.
La materia prima da utilizzare è in linea con le indicazioni dell’Unione Europea riguardo ai “carburanti innovativi”.