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Recupero dello zolfo

Stiamo sviluppando metodi per recuperare e riutilizzare lo zolfo contenuto nell’idrogeno solforato (H2S) associato al gas naturale.

La tecnologia

Nei nostri laboratori stiamo studiando nuovi processi per separare e riutilizzare lo zolfo che, sotto forma di idrogeno solforato, normalmente è contenuto nel gas naturale. Nel suo insieme, il ciclo di recupero è composto da tre fasi: prima di tutto bisogna separare l’idrogeno solforato dal gas naturale, poi estrarre lo zolfo e infine valorizzare questo elemento impiegandolo come componente di nuovi prodotti. Per ognuno di questi passaggi stiamo testando processi alternativi più efficienti di quelli attuali. Per la separazione, ad esempio, stiamo valutando l’impiego di liquidi ionici, sostanze assorbenti con proprietà innovative e più vantaggiosi di quelli utilizzati attualmente nell’industria chimica. Per la successiva fase di conversione, invece, stiamo studiando un processo detto “Hydro Claus”, più semplice rispetto alle tecnologie correnti. Come utilizzo, infine, stiamo studiando l’impiego dello zolfo per produrre polimeri attraverso la “vulcanizzazione inversa”, che permette l’inserimento di una percentuale di questo elemento molto elevata. 

Il contesto

L’H2S (solfuro di idrogeno o acido solfidrico o idrogeno solforato) è uno dei componenti secondari del gas naturale. A differenza del metano e degli altri “ingredienti” utili, purtroppo l’idrogeno solforato è un gas acido tossico e corrosivo, per cui è assolutamente indispensabile rimuoverlo e impedire che venga rilasciato nell’ambiente. I trattamenti per farlo, però, sono complessi e costosi. Nell’industria petrolchimica, attualmente l’H2S viene convertito in zolfo elementare tramite il processo “Claus”, di per sé abbastanza complesso. Il mercato dello zolfo “puro”, tra l’altro, in questi anni sta vivendo una fase di ribasso perché la produzione supera la domanda. Per superare entrambi questi ostacoli stiamo lavorando su due fronti: da un lato mettere a punto processi di separazione dell’H2S più efficienti e meno costosi di quelli attuali e, dall’altro lato, proporre nuovi modi per utilizzare lo zolfo per ricavare prodotti utili e quindi commercializzabili.

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Come catturare e convertire l'H2S - Energy Transition | Eni Video Channel

La sfida tecnica

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 prendendo in considerazione l’utilizzo di liquidi ionici come composti assorbenti con proprietà innovative. Grazie alle loro proprietà chimiche e fisiche, infatti, queste sostanze presentano una maggiore densità di assorbimento e possono essere utilizzate con una maggiore semplicità operativa rispetto alle più tradizionali ammine. Altri vantaggi sono legati al fatto di evaporare difficilmente a temperatura ambiente, di non essere infiammabili, non decomporsi e non essere aggressivi chimicamente. Per la fase di conversione dell’H2S in zolfo elementare, invece, stiamo mettendo a punto il processo “Hydro Claus”, con uno schema più semplice rispetto a quello convenzionale detto “Claus”. In questo caso il vantaggio viene dal fatto che una parte della reazione si svolge in ambiente acquoso a pressione e temperature blande, ottenendo uno zolfo idrofilico particolarmente adatto per impieghi in agricoltura, sia come sospensione che come polvere. 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 nell’utilizzo di 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 90% da zolfo

Integrazione industriale

Anche per i progetti tecnologici sul recupero dello zolfo, l’obiettivo è trasformare un problema in opportunità e cioè riutilizzare un inquinante, l’idrogeno solforato, 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. Costituiti in gran parte da zolfo, i polimeri potrebbero avere impieghi nel settore dell’elettronica e delle materie plastiche di uso comune. Basati su uno zolfo idrofilico, i fertilizzanti e ammendanti sono particolarmente adatti a migliorare i terreni salini o alcalini soggetti a desertificazione, tipici di aree in cui operiamo.   

L’impatto sull’ambiente

Al centro della nostra ricerca industriale sul recupero dello zolfo c’è il gas naturale, una miscela di più idrocarburi fra i quali prevale il metano, che consideriamo 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’idrogeno solforato 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 e più versatili, guadagnando una maggiore efficienza e sostenibilità ambientale. Puntando sui liquidi ionici, infatti, riusciamo a ottenere una maggiore densità di assorbimento rispetto alle tradizionali ammine e, quindi, a ridurre le dimensioni del sistema di trattamento. La possibilità di ottenere zolfo elementare dall’idrogeno solforato e, soprattutto, l’opportunità di utilizzarlo per ricavare nuovi prodotti utili, rende queste tecnologie ulteriormente interessanti sul piano ambientale. 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 in via di desertificazione.