A cosa serve l'idrogeno nell'industria chimica?
L'idrogeno è un elemento essenziale in tutti i settori della chimica e della petrolchimica. Il suo uso come materia prima interviene in numerose reazioni catalitiche, serve a desolforare i prodotti petroliferi e agisce, tra le altre cose, come agente deossidante nella produzione di bioplastiche. L'idrogeno prodotto da fonti di energia rinnovabile costituisce un vettore fondamentale per la decarbonizzazione dei processi dell'industria chimica.
Highlights
• Materia prima: l'idrogeno (H2) interviene, tra l'altro, nella produzione di ammoniaca, metanolo e carburanti sintetici (e-fuel).
• Idrogenazione catalitica: consente, ad esempio, di scindere i legami di carbonio nella biomassa per produrre bioplastiche.
• Raffinazione e desolforazione: viene impiegato per eliminare lo zolfo dai carburanti e per convertire gli oli combustibili fossili pesanti in frazioni leggere prima della raffinazione.
L'idrogeno viene tradizionalmente utilizzato nella chimica industriale poiché è indispensabile per la produzione di metanolo e ammoniaca. Oggi, grazie all'idrogeno prodotto tramite elettrolisi dell'acqua o reforming con vapore (steam reforming) del biometano alimentati da energia rinnovabile o decarbonizzata, è possibile ottenere metanolo e ammoniaca a basse emissioni, necessari per decarbonizzare diversi settori di attività, come l'agricoltura (fertilizzanti), la mobilità (e-fuel), ecc.
Grazie alle sue proprietà chimico-fisiche, viene impiegato come agente riducente, ad esempio nei processi di idrogenazione degli oli industriali o agroalimentari. Un'applicazione di particolare interesse riguarda l'idrogenazione degli oli esausti per il loro riciclo in biocarburanti.
Anche le nuove tecnologie di produzione delle bioplastiche si basano sull'uso di idrogeno, idealmente ottenuto da fonti energetiche rinnovabili.
Come viene utilizzato l'idrogeno nell'industria chimica?
L'idrogeno è una materia prima fondamentale per la chimica di base. Combinato con l'azoto, consente di ottenere l'ammoniaca (NH3), ampiamente utilizzata per la produzione di fertilizzanti, solventi e plastiche, oltre a fungere da vettore energetico.
L'impiego dell'idrogeno combinato con l'anidride carbonica (CO2) permette di produrre metanolo di sintesi ed e-fuel.
La chimica fine, che sintetizza molecole ad elevata complessità e purezza per il settore farmaceutico, cosmetico, ecc., si avvale di idrogeno ultrapuro al 99,999 % molare (grado N50) o 99,9999 % molare (grado N60) come agente riducente e soluzione molto efficiente nelle reazioni catalitiche.
Nella chimica di specialità (vernici, adesivi, lubrificanti, detergenti, bioplastiche, ecc.), l'idrogeno viene utilizzato per la sintesi di molecole specifiche.
Consente inoltre di modificare le proprietà della materia, ad esempio nell'idrogenazione dei grassi per l'industria o il settore agroalimentare, oppure nel trattamento delle biomasse (come nell'idrodesossigenazione) tramite le nuove tecnologie di produzione di bioplastiche.
Perché la purezza dell'idrogeno è fondamentale per la chimica?
I requisiti di purezza dell'idrogeno e la natura delle impurità tollerabili variano in funzione dello specifico processo chimico.
Le reazioni catalitiche richiedono idrogeno ultrapuro privo di zolfo, azoto, CO e CO2. Livelli di purezza nell'ordine delle ppm (parti per milione) o ppb (parti per miliardo) sono indispensabili per proteggere i catalizzatori a base di metalli preziosi e prevenirne il degrado precoce dell'efficienza. Ciò limita inoltre i rischi di contaminazione del prodotto finale, riducendo la formazione di sottoprodotti indesiderati durante la reazione catalitica.
La qualità N40 è spesso raccomandata per la produzione di ammoniaca. Oltre alle impurità già menzionate, occorre monitorare la presenza di argon, mentre l'azoto non è considerato un'impurità critica.
L'idrogenazione dei grassi impiegati nell'industria chimica (escludendo il settore agroalimentare, farmaceutico e i comparti soggetti a normative specifiche sugli ingredienti) richiede un idrogeno con grado di purezza superiore al 99,9 % molare (grado N30). L'attenzione si concentra sulle impurità già citate, oltre che sulla presenza di ossigeno e acqua, che potrebbero degradare la materia grassa.
Quali sono le modalità di fornitura dell'idrogeno per i siti chimici
Per esigenze di idrogeno ultrapuro (chimica fine, catalizzatori a base di metalli preziosi, ecc.) e volumi contenuti, la molecola può essere fornita in bombole della gamma ALPHAGAZ™.
Quando i volumi di consumo lo richiedono e i requisiti di purezza lo consentono, Air Liquide fornisce l'idrogeno allo stato gassoso in bombole ad alta pressione o in pacchi bombole.
La fornitura allo stato liquido offre grandi volumi di prodotto ad elevatissima purezza, poiché la liquefazione dell'idrogeno gassoso a -253 °C solidifica tutte le impurità, ad eccezione dell'elio.
Per le applicazioni nella petrolchimica e nei poli chimici ad elevatissimo consumo, la fornitura tramite condotta (gasdotto) rappresenta la soluzione più efficiente ed economica.
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