Lo zolfo recuperato dall’H₂S: una tecnologia per la decarbonizzazione

Nei nostri laboratori stiamo studiando un nuovo processo per separare l’idrogeno contenuto nel gas naturale e valorizzare lo zolfo. Nel suo insieme, il ciclo di recupero convenzionale è composto da tre fasi: prima di tutto bisogna separare l’idrogeno solforato dal gas naturale, poi convertirlo a zolfo e infine convertirlo (con una resa di circa il 90%) ad acido solforico: uno dei prodotti alla base dell’industria chimica. Per ognuno di questi passaggi stiamo testando processi alternativi più efficienti di quelli attuali. Per la separazione, ad esempio, abbiamo sviluppato una tecnologia basata su una miscela proprietaria di liquidi ionici, con proprietà innovative e più vantaggiose delle miscele attualmente utilizzate per la purificazione del gas naturale. Per la successiva fase di conversione a zolfo, invece, stiamo studiando un processo detto “HydroClaus”, più semplice rispetto alle tecnologie correnti. Infine, stiamo studiando l’impiego dello zolfo per produrre polimeri attraverso la “vulcanizzazione inversa”, che permette di ottenere materiali plastici con un contenuto di zolfo fino all’80% in peso.

In un’ottica di decarbonizzazione e di economia circolare stiamo lavorando sia per mettere a punto processi di separazione dell’H₂S più efficienti e meno costosi di quelli attuali sia su nuovi utilizzi dello zolfo da inserire in prodotti a più elevato valore aggiunto. L’H₂S (acido solfidrico, noto anche come solfuro di idrogeno o idrogeno solforato) è uno dei componenti del gas naturale. A differenza del metano e degli altri idrocarburi, l’idrogeno solforato è un gas acido tossico e corrosivo, per cui è assolutamente indispensabile sia rimuoverlo che impedire che venga rilasciato nell’ambiente. I trattamenti per farlo, però, sono complessi e costosi, ad alto impatto energetico e ad alto impatto ambientale. Nell’industria dell’energia, attualmente l’H₂S viene convertito in zolfo elementare tramite il processo “Claus”. Il mercato dello zolfo è soggetto ad un eccesso di produzione rispetto alla domanda che ne abbassa il prezzo.

L’obiettivo della nostra ricerca per il recupero dello zolfo è trovare nuovi modi per valorizzare questo elemento e le tecnologie su cui stiamo puntando sono tre, ognuna focalizzata su una singola fase del processo di lavorazione. Per il primo passaggio, la separazione dell’idrogeno solforato dal gas naturale, stiamo studiando le innovative proprietà assorbenti dei liquidi ionici. Grazie alle loro caratteristiche chimiche e fisiche, infatti, queste sostanze possono assorbire una maggiore quantità di gas acidi rispetto alla tradizionale tecnologia ad ammine, a parità di volume, ma hanno bisogno di minore energia per essere rigenerati, permettendo, quindi, di generare minori emissioni di CO₂. Inoltre, rispetto alla tecnologia convenzionale, i liquidi ionici non sono corrosivi, non producono schiume o sostanze volatili maleodoranti e hanno bassa tossicità. Per la conversione dell’H₂S in zolfo elementare, stiamo mettendo a punto il processo “HydroClaus”, con uno schema più semplice rispetto a quello convenzionale detto “Claus”. In questo caso il vantaggio viene dal fatto che la reazione si svolge in ambiente acquoso a pressione e temperature blande, ottenendo uno zolfo idrofilico particolarmente adatto per impieghi in agricoltura, sia come ammendante che come fertilizzante. Questo nuovo prodotto ha dimostrato possedere anche proprietà diserbanti adatte per un suo utilizzo in colture biologiche. Per la fase finale di utilizzo, infine, stiamo pensando a impieghi alternativi dello zolfo in cui questo elemento diventa la base per produrre polimeri. Qui l’innovazione consiste in un processo detto di “vulcanizzazione inversa”: se nella vulcanizzazione “classica” si aggiunge una piccola dose di zolfo alla gomma per irrobustirne la struttura, in quella “inversa” si utilizza una grande quantità di questo elemento e una piccola aggiunta di componente organica che funge da “cross-linker” e stabilizza la struttura polimerica. In questo modo riusciamo a produrre un polimero costituito fino al 80% da zolfo.

Anche per i progetti tecnologici sul recupero dello zolfo, l’obiettivo è trasformare un problema in opportunità e cioè riutilizzare un inquinante, l’acido solfidrico, come materia prima da cui ottenere nuovi prodotti utili, sicuri e sostenibili da proporre al mercato. Data la presenza frequente di H₂S nei campi Upstream in cui operiamo, la gestione di questo composto è un aspetto molto rilevante nelle nostre attività. Le tecnologie disponibili per separarlo e convertirlo in zolfo sono consolidate, ma il nostro obiettivo è individuare nuove soluzioni che ci consentano di semplificare il trattamento dei gas acidi mantenendone sicurezza, efficienza e sostenibilità, sia economica che ambientale. In coerenza con i principi dell’economia circolare, inoltre, vogliamo valorizzare questa componente di scarto per creare nuove opportunità commerciali. I prodotti su cui stiamo puntando sono polimeri innovativi e fertilizzanti e ammendanti per l’agricoltura. Basati su uno zolfo idrofilico, i fertilizzanti e ammendanti sono particolarmente adatti a migliorare i terreni salini o alcalini soggetti a desertificazione, tipici di alcune delle aree in cui operiamo. Costituiti in gran parte da zolfo, i polimeri potrebbero avere impieghi come sostituti economicamente più competitivi delle materie plastiche di uso comune (polimeri termoplastici ed elastomerici), come ritardanti di fiamma e per applicazioni in batterie ad alta densità energetica.

Il gas naturale, una miscela di più idrocarburi fra i quali prevale il metano, è una delle leve fondamentali della nostra strategia di decarbonizzazione per la sua caratteristica di produrre, quando viene bruciato, circa il 60% di CO₂ in meno rispetto al carbone. Per poter essere lavorato, però, il gas naturale deve essere prima “depurato” di alcune sostanze inquinanti come appunto l’acido solfidrico o H₂S, un gas acido tossico e corrosivo. Grazie alle tecnologie che stiamo sviluppando, gli impianti di trattamento dei gas acidi saranno, in prospettiva, meno ingombranti, guadagnando una maggiore efficienza e sostenibilità ambientale. Puntando sui liquidi ionici, infatti, riusciamo a ottenere una maggiore capacità di assorbimento rispetto alle tradizionali ammine e, quindi, a ridurre l’impatto economico ed ambientale del sistema di trattamento. La possibilità di ottenere zolfo idrofilico dall’idrogeno solforato e l’opportunità di utilizzarlo per ricavare nuovi prodotti utili, rende queste tecnologie ulteriormente interessanti per l’economia circolare. I fertilizzanti e ammendanti agricoli a base di zolfo idrofilico, in particolare, potrebbero dare un contributo importante al trattamento di suoli salini o eccessivamente alcalini e per il recupero di aree a rischio di desertificazione.