Il petrolio greggio è stato il principale settore per la produzione di combustibili, lubrificanti e blocchi di costruzione petrolchimici. Oggi, guidato da un rafforzamento delle normative ambientali, dagli impegni di net-zero aziendali e dalla crescente pressione sociale per decarbonizzare, i raffineri stanno attivamente esplorando e integrando le fonti di approvvigionamento rinnovabili nelle loro operazioni.

Il passaggio verso le nuove scorte: Drivers and Motivations

Gli altri settori di politica sono un motore primario: la Direttiva Europea per l'Energia Rinnovabile (RED II), la US Renewable Fuel Standard (RFS), e la Bassa Carbon Fuel Standard (LCFS) della California, tutti creano incentivi economici per i combustibili più bassi.

Tipi di alimentazione rinnovabile chiave

Le nuove attrezzature comprendono una vasta gamma di materiali organici che possono essere convertiti in combustibili, prodotti chimici e bioprodotti, e comprendono le loro caratteristiche fondamentali per le raffinerie selezionando le opzioni più valide e scalabili per la co-elaborazione o unità dedicate.

Oli e grassi di rifiuti

L'olio da cucina usato (UCO), i grassi animali (tallow, il grasso giallo), e l'olio di mais inevitabile sono tra i più avanzati prodotti alimentari. Sono ricchi di trigliceridi e acidi grassi liberi, rendendoli adatti per l'idroprocessing per produrre diesel rinnovabili e SAF. L'offerta, tuttavia, è limitata da infrastrutture di raccolta e concorrenza da altri usi come oleochimici.

Oli vegetali

L'olio di palma, l'olio di soia, l'olio di canola e l'olio di colza sono mangimi completamente provati, ma sollevano preoccupazioni circa il cambiamento di terreno, la deforestazione e la concorrenza con l'approvvigionamento alimentare. L'industria si sta allontanando dagli oli vergine-alimentari verso fonti più basse-impatti come rifiuti e residui.

Biomassa lignocellulosica

I residui legnosi, i rifiuti agricoli (sfiamma di ghisa, paglia di grano), e le colture energetiche (miscanthus, intergrass) forniscono una risorsa più abbondante e non alimentare in competizione. Essi richiedono la conversione tramite gassificazione o pirolisi per produrre biointermediati come sintassi o bioolio, che possono essere poi aggiornati in una raffineria.

Algae

Nonostante decenni di ricerca, il costo della coltivazione, della raccolta e dell'estrazione del petrolio rimane proibitivo per la produzione di combustibile su larga scala. Le alghe sono più propensi ad entrare nei mercati di maggior valore (nutraceuticals, cosmetics) prima di scagliarsi nei combustibili di materie prime, ma le scoperte nell'ingegneria genetica e nel disegno di fotobioreattore potrebbero eventualmente cambiare i costi.

Rifiuti di plastica (Riciclaggio chimico)

La pirolisi e la depolimerizzazione convertono i rifiuti di plastica mista in frazioni di idrocarburi liquidi (nafta, cere, oli) che possono essere alimentati in un cracker a vapore o in un idrocracker per produrre olefine e nuove plastiche.

Tecnologie che permettono l'integrazione nelle raffinerie

I rifiuti stanno implementando una serie di tecnologie per gestire le scorte rinnovabili, sia attraverso la loro co-elaborazione insieme a frazioni di petrolio greggio nelle unità esistenti o costruendo impianti dedicati. La scelta dipende dal tipo di alimentazione, dalla ardesia del prodotto desiderato e dalla compatibilità delle infrastrutture.

Idroprocessing (HeFA Route)

Idrogeno è la tecnologia più matura e ampiamente adottata per le alimentazioni rinnovabili. In questo processo, i trigliceridi e gli acidi grassi liberi da oli e grassi sono reagiti con idrogeno ad alte temperature e pressioni su catalisti specializzati. La reazione rimuove l'ossigeno sotto forma di acqua (idrodeossigenazione) e diossido di carbonio (decarbossilazione), producendo paraffini a catena retta.

Pirolisi e aggiornamento

La pirolisi veloce decompone termicamente la biomassa lignocellulosica in assenza di ossigeno per produrre bioolio, biocar e gas non condensabili. Il bioolio grezzo è acido, ricco di ossigeno e instabile, che richiede l'idrodeossigenazione per essere compatibile con le unità di raffineria.

Gasificazione e Fischer-Tropsch Sintesi

La gassificazione converte qualsiasi materiale carbonaceo in sinergie (CO + H2), che può essere pulito e cataliticamente convertito in liquidi idrocarburi tramite la sintesi Fischer-Tropsch (FT). La tecnologia è ben stabilita per il carbone e il gas naturale (GTL), e viene dimostrata con biomassa e rifiuti.

Conversione biochimica (Fermentazione e Digestione Anaerobica)

I microrganismi ed enzimi possono convertire gli zuccheri e l'amido (prima generazione) o gli idrolisati lignocellulosici (seconda generazione) in etanolo, butanolo o altri alcoli. Questi alcoli possono essere disidratati a olefine (etilene, propilene) per la produzione chimica, o miscelati in benzina (etanolo commerciale).

Aggiornamento catalitico degli intermedi derivati dalla biomassa

Nuovi percorsi catalitici sono in fase di sviluppo per convertire direttamente le biomasse in idrocarburi a goccia senza fasi di sinergica o pirolisi separate. Esempi includono pirolisi rapida catalitica, elaborazione acquosa della fase, e idrodeossigenazione di bio-olio su nobili catalizzanti metallici.

Sfide in scala ed economia

Nonostante i rapidi progressi, l'adozione diffusa di scorte di approvvigionamento rinnovabile nel raffinazione deve affrontare notevoli barriere.

Feedstock Costo e Disponibilità

Gli oli usati e i grassi sono limitati nell'offerta; la raccolta globale di UCO è stimata a circa 10–15 milioni di tonnellate all'anno, sufficiente per sostituire una piccola frazione di domanda di gasolio. Gli oli vegetali sono più abbondanti ma competono con il cibo e hanno più alto terreno e le impronte di acqua.

Requisiti di infrastruttura e capitale

Le unità di raffineria esistenti (idrotreaters, FCC, riformatori) sono progettate per le frazioni di petrolio. Il retrofitting per gestire le scorte di ossigeno, acido o ad alta minerale richiede investimenti in materiali resistenti alla corrosione, nuovi sistemi di iniezione di alimentazione, trattamento delle acque reflue e approvvigionamento di idrogeno. L'integrazione con unità dedicate (ad esempio, una fase di idrodeossigenazione prima del FCC) aggiunge le spese di risco.

Consumo di idrogeno e intensità di carbonio

Le tecnologie per l'idroelettrica-ricco degli alimenti richiedono un idrogeno sostanziale, spesso prodotto da gas naturale che riformula le emissioni di CO2 associate. A meno che l'idrogeno non sia fonte di elettrolisi verde o i riformatori siano dotati di cattura del carbonio, l'intensità del carbonio del combustibile finale non può raggiungere le riduzioni previste.

Catalizzatore Performance e disattivazione

Le scorte di alimentazione rinnovabile portano impurità (cloruri, metalli, fosforo, alcali) che avvelenano i catalizzanti di idroprocessing. I cicli di catalizzatore sono più brevi e la rigenerazione diventa più complessa, aumentando i costi di funzionamento. La ricerca continua a essere più robusta, anche quelli basati su NiMo e CoMo supporta modificati con i promotori per resistere alla disattivazione.

L'incertezza regolamentare

Mentre le politiche hanno stimolato la crescita, l’industria del combustibile rinnovabile rimane vulnerabile alle variazioni dei mandati, delle controversie commerciali e delle sovvenzioni. La scadenza del credito fiscale del miscelatore statunitense, gli adeguamenti periodici agli obblighi di volume RFS e il diverso trattamento del cambiamento indiretto del consumo di terra nelle direttive UE creano l’incertezza del mercato.

Opportunità e futuro potenziale

Nonostante queste sfide, l'opportunità per le materie prime rinnovabili nella raffinazione è trasformativa.

Riduzione della stampa a pedale in carbonio

I combustibili rinnovabili Drop-in possono ridurre le emissioni di gas serra del ciclo di vita del 50–90% rispetto alle loro controparti fossili, a seconda del settore dei mangimi e dei processi.Per settori di decarbonizzazione aeronautica, marina e pesante, questi combustibili sono l'opzione di decarbonizzazione a breve termine più praticabile.

Carbon Economy circolare

Le raffinerie che integrano gli alimenti rinnovabili e il riciclaggio chimico delle materie plastiche diventano nodi in un sistema circolare di carbonio. I materiali di scarto vengono restituiti alla catena del valore piuttosto che inceneriti o discaricati. Il concetto di “riciclo molecolare” – distruggendo i polimeri di nuovo in monomeri o intermedi di idrocarburi – si allinea ai punti di forza di un impianto di cracking catalitico (FCC).

Co-processing come strategia di bridge

Le piccole percentuali di trattamento (di solito 5-20%) delle materie prime rinnovabili negli idrotreaters esistenti, nelle unità FCC e nei cokers consentono alle raffinerie di acquisire esperienza senza costruire impianti dedicati. Questo approccio riduce l'interruzione iniziale del capitale e fornisce un percorso per una transizione graduale. Molti raffinatori, tra cui Marathon Petroleum e Phillips 66, hanno con successo bio-olio lavorato nelle unità FCC a prodotti pilota e a scala commerciale.

Espansione oltre i combustibili: prodotti chimici bio-basati

L'industria della raffinazione non è solo energetica; è la fonte della maggior parte dei blocchi di costruzione petrolchimici. Attraverso il passaggio di mangimi a fonti bio-based, le raffinerie possono produrre nafta rinnovabile per cracker etilene, biobased BTX aromatici e propano rinnovabile. Questo sblocca i mercati di più alto livello di Margine. L'approccio di equilibratura di massa, dove i materiali rinnovabili certificati sono assegnati a specifici flussi di prodotto attraverso la catena di approvvigionamento, sta guadagnando industria chimica.

Esempi di settore e progresso reale

Molte aziende stanno già dimostrando la fattibilità delle scorte rinnovabili nel rifinanziare a livello commerciale.

  • Neste[] (Finlandia) è il più grande produttore mondiale di diesel rinnovabili e SAF da oli e grassi di scarto, con capacità superiore a 5 milioni di tonnellate all’anno. Le raffinerie Porvoo e Rotterdam sono unità di trattamento idroelettrico dedicate (NEXBTL).
  • Phillips 66[[] (USA) ha bio-olio di processo nelle raffinerie di San Francisco e Wood River, raggiungendo migliaia di barili al giorno di benzina rinnovabile e diesel. L'azienda prevede di convertire la San Francisco Refinery (Struttura di Rodeo) in un impianto di alimentazione rinnovabile al 100% entro il 2024.
  • TotalEnergies[[] (Francia) è stato co-elaborazione oli vegetali nella raffineria dei Grandpuits e sta costruendo un'unità HEFA dedicata a La Mède, accanto ad un'azienda solare e una biorifinitura per gel medicali a mano.
  • Ensyn[] (USA/Canada) gestisce diverse unità di pirolisi commerciale che convertono residui di legno in bioolio RTPTM, che viene poi aggiornato alla benzina rinnovabile e diesel presso la loro raffineria in Pennsylvania (Rinnovabile Energy Group partnership).
  • Velocys[] (Regno Unito, USA) sta sviluppando impianti commerciali per la gassificazione dei rifiuti solidi comunali per produrre carburante a getto tramite Fischer-Tropsch, con il progetto Altalto (UK) come fiore all'occhiello.

Questi esempi dimostrano che la tecnologia è comprovata e può essere economicamente praticabile, soprattutto nelle regioni con un forte sostegno politico e alti prezzi del credito al carbonio.

Il ruolo della politica e degli investimenti

Le tecnologie di rifinanziamento e di finanziamento sono strettamente connesse con le politiche governative e gli investimenti privati. I prezzi al carbonio, gli standard di carburante a basso tenore di carbonio e i mandati di fusione creano mercati per i combustibili rinnovabili, mentre i finanziamenti e le garanzie di prestiti garantiscono progetti di primo grado di rischio e di catalizzatore.

Conclusione: Una transizione strategica, Non una rivoluzione

L’integrazione dei prodotti di alimentazione rinnovabile in rifinanziamento del petrolio non è una rivoluzione notturna ma una transizione strategica e multi-decennale. Le operazioni fondamentali dell’unità – distillazione, idroprocessing, cracking, riformando – restano rilevanti; ciò che cambia è la fonte delle molecole di carbonio che entrano nella porta d’ingresso.