Recupero e riutilizzo CO₂: nuove strade di sostenibilità

Il cambiamento climatico è correlato alle emissioni di anidride carbonica dovute alle attività dell’uomo. Servono azioni per ridurre sia le emissioni che per recuperare la CO₂. La diminuzione delle emissioni è un processo consolidato di pratiche ecosostenibili per produzione e fabbricazione di beni d’uso. Invece il recupero della CO₂ e il suo riuso come materia prima è ancora in fase sperimentale o di primi passi. Renderanno concreti i principi dell’economia circolare se troveranno la strada dell’economia di scala.

Un esempio è l’impianto di Covestro a Dormagen, vicino Colonia in Germania, che produce polioli per poliuretano composti per il 20% da CO₂ di recupero. Al centro di questa idea c'è la visione che l'anidride carbonica non solo possa essere catturata ma anche trasformata in una miriade di prodotti: carbonio per materie prime, polimeri, cemento, farmaci, combustibili.

Sono passati oltre 100 anni dalle prime formulazioni e produzioni di PVC e poco più di cinquanta dal boom del polipropilene (PP). La diffusione delle materie plastiche tocca tutti i campi delle attività umana: dai trasporti all’agricoltura, dall'abbigliamento alla medicina, dalle costruzioni alla cosmetica. Fare a meno della plastica è impossibile perché indispensabile a settori vitali per la vita e la salute. Bisogna allora fare un cambio di prospettiva. La maggior parte delle sostanze e dei materiali utilizzati oggi provengono da petrolio che non è illimitato. È indispensabile trovare nuove fonti, nuove sintesi polimeriche:

• materie prime alternative di recupero
• materie prime da fonti rinnovabili
• recupero della CO₂ catturata dai luoghi di emissione.

La ricerca sta dimostrando che per l’industria chimica è tecnologicamente possibile recuperare la CO₂ e usarla come fonte di carbonio per la produzione di polimeri con alti standard di qualità e affidabilità.

Poiché alcuni processi industriali sono difficili da decarbonizzare, la cattura e il riutilizzo della CO₂ possono aiutare a consentire una transizione energetica più rapida di tutto il comparto produttivo. Risultato? Meno gas serra nell’atmosfera, minor uso di materia prima fossile.

Dal petrolio e i suoi derivati provengono una serie di materiali e composti polimerici ormai indispensabili. Poliestere, polistirene e policarbonato impiegano benzene e toluene come materia prima di partenza. Da questi 3 polimeri si ricavano prodotti come schiume flessibili mobili imbottiti, materassi e sedili di automobili e schiume rigide, usate come isolanti per edifici, apparecchi di refrigerazione e tubazioni. Propilene ed etilene, sempre derivati dal petrolio, sono componenti di base dei polioli indispensabili per la produzione di poliuretano, un prodotto plastico dalle innumerevoli applicazioni.

La ricerca chimica sta lavorando per produrre polioli derivati da materie prime rinnovabili come amido, cellulosa o lignina ottenute da alimenti e scarti di legno. Ma più interessante è il progetto Covestro che dal 2016 è riuscito a produrre nel suo sito di Dormagen, un poliolo innovativo che contiene fino al 20% di anidride carbonica.

Dormagen è uno dei siti più grandi al mondo, dove da tempo si producono polioli in modo convenzionale. La competenza tecnica e il know how avanzato hanno permesso a Covestro di creare un nuovo impianto di produzione di polioli con il recupero della CO₂. L'uso dell'anidride carbonica come materia prima è diventato possibile una volta trovato il catalizzatore e la giusta tecnologia. La CO₂, che è il prodotto finale della combustione, reagisce molto lentamente e deve essere "incoraggiato" per entrare in un legame chimico. Per decenni gli esperti hanno cercato catalizzatori e tecnologia. La soluzione è frutto di una collaborazione con l'Università RWTH di Aquisgrana e il CAT Catalytic Center dell’Università di Aachen.

L’infrastruttura produttiva è costata circa 15 milioni di euro e ha una capacità annuale di 5.000 tonnellate di CO₂ che proviene dal recupero dei gas di scarico di un’industria vicina. Il nuovo asset è costituito da numerosi componenti che sono stati realizzati su misura o modificati per il nuovo processo. Il nucleo è un reattore chimico da 25 tonnellate e un'apparecchiatura per il trattamento e lo stoccaggio del poliolo a base di CO₂. Il polimero risultante ha un contenuto di CO₂ fino al 20% e può essere usato in composti plastici dalle enormi potenzialità di applicazione..

Cresce l’attenzione del consumatore per la sostenibilità dell’abbigliamento e delle calzature e i prodotti sostenibili riscuotono sempre più successo. La nuova materia prima a base di CO₂ è stata inizialmente progettata per essere utilizzata nella produzione di schiuma morbida in poliuretano, da impiegare in materassi o mobili imbottiti. L’azienda belga Recticel ha già messo in produzione l’imbottitura in poliuretano per prodotti di alta gamma con un materiale di qualità pari a quello prodotto interamente dal petrolio greggio.

Covestro ha avviato diverse partnership per usare le schiume da polioli a base CO₂ in calzature e tessuti.

Le nuove schiume poliuretaniche sono elastiche ma anche molto resistenti e affidabili. Sono state impiegate nell'imbottitura interna per dare comfort e morbidezza a scarpe da corsa, trekking e sci e per tomaia e fodera in calzature casual. Nelle sneaker oltre all’imbottitura interna, Covestro ha realizzato un sottile film in poliuretano termoplastico (TPU) sempre a base CO₂. Questo rivestimento traslucido è particolarmente resistente ai graffi e all'abrasione.

Il TPU ecologico può essere fuso e trasformato in fili sottili che sono elastici ma molto resistenti. La filatura in fusione è un procedimento sostenibile perché non richiede uso di solventi come la filatura a secco. Questi nuovi tessuti possono essere usati per l’abbigliamento ma sono molto interessanti per il campo medico nella realizzazione di calze, tubi di compressione e fasce. Il progetto è finanziato dall'Istituto europeo di innovazione e tecnologia (EIT) con l’obiettivo di arrivare a una produzione industriale.

Con i polioli con carbonio derivato da CO₂ Covestro ha studiato un sottopavimento per campi sportivi sintetici. Il primo esempio al mondo di questa realizzazione è quello dell'impianto di hockey a Krefeld, Germania, che è sede di partite e campionati internazionali. Il nuovo materiale sostenibile è stato usato da Polytan, produttore di pavimentazioni sportive a livello mondiale che ha usato i polioli ecologici come leganti per i granulati in gomma che sono alla base del terreno di gioco sintetico e servono per restituire la sensazione di morbidezza e l’ammortizzamento di una superficie in erba.

Oltre alle schiume, con i polioli a base CO₂ è possibile produrre elastomeri di alta qualità che sono stabili nelle dimensioni ma elastici, perfetti per essere impiegati nei campi in cui è necessaria affidabilità e tenuta nel tempo. Un consorzio guidato da Covestro è riuscito a utilizzare questi elastomeri per la produzione di componenti per auto come tubi, guarnizioni e ammortizzatori. Lo scopo è di rendere davvero sostenibile il settore dell’automotive non solo per quanto riguarda il carburante ma anche tutta la struttura del veicolo.

Covestro ha ulteriormente sviluppato la tecnologia del recupero della CO₂ nei componenti per la schiuma in poliuretano rigido. Sono stati prodotti i primi prototipi di pannelli isolanti per costruzioni. Il settore edile rappresenta circa il 40% del consumo energetico globale e circa un terzo di tutte le emissioni di gas serra. Creare l’isolamento degli edifici con pannelli a base CO₂ riutilizzata apre nuovi scenari sul fronte della sostenibilità e del risparmio energetico.

Mitigare le emissioni di biossido di carbonio è uno dei punti focali per far evolvere il nostro modello economico basato solo sui combustibili fossili verso uno sviluppo sostenibile che mette al centro l’ambiente, le risorse e le persone.

Richard Buckminster Fuller, il poliedrico ingegnere e imprenditore, inventore delle cupole geodetiche ha scritto:
«Gli inquinanti non sono altro che risorse che non stiamo raccogliendo. Permettiamo loro di disperdersi perché ignoriamo il loro valore.»

Il cambiamento di paradigma è già in corso. Le ricerche e i progetti di Covestro mostrano che l’industria chimica può essere decisiva nell’invertire la rotta del consumo del pianeta. Il recupero della CO₂ ha il duplice scopo di sottrarre all’ambiente gas serra dannoso e risparmiare preziosa materia prima fossile, in linea con gli obiettivi di sviluppo sostenibile (SGD) delle Nazioni Unite.