Il sistema lavora a 65 °C con un catalizzatore al rutenio e soluzioni molto diluite. Ora la sfida è dimostrare costi sostenibili su scala industriale
A cura di Roberto Zonca
LA NOTIZIA IN BREVE – Un team di ricercatori di OxFA e del Leibniz Institute for Catalysis ha prodotto idrogeno da acido formico ottenuto dalla biomassa per oltre 820 ore consecutive, ricavando circa 30 metri cubi di H₂. Il risultato più interessante arriva però dal materiale usato nel reattore: l’acido formico era ancora molto diluito in acqua e non ha richiesto la normale distillazione preventiva.
Per gestire l’acqua senza perdere i componenti più costosi, il gruppo ha messo a punto un sistema a due fasi liquide con un catalizzatore al rutenio e un’ammina. Il processo lavora a 65 °C e, secondo i dati diffusi dai ricercatori, tollera concentrazioni di acido comprese tra il 5 e il 99%.
Il test porta la tecnologia oltre gli esperimenti di breve durata, ma il vero esame deve ancora arrivare: durata del catalizzatore, consumo degli additivi, energia richiesta e costo finale dell’idrogeno diranno se il sistema potrà reggere anche su scala industriale.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento
L’APPROFONDIMENTO – Un team di ricercatori di OxFA e del Leibniz Institute for Catalysis ha annunciato di esser riuscito a produrre idrogeno da acido formico ricavato dalla biomassa: e lo ha fatto per oltre 820 ore consecutive, ottenendo circa 30 metri cubi di H₂. Il test, condotto in Baviera, è riuscito a dimostrare che il processo può funzionare a lungo usando acido formico ancora diluito in acqua, senza sottoporlo prima alla normale distillazione.
L’acido formico può trasportare idrogeno in forma liquida
L’industria utilizza da tempo l’acido formico, formula HCOOH, e ne produce nel mondo circa un milione di tonnellate all’anno. Oggi la filiera convenzionale parte soprattutto da materie prime fossili e rifornisce numerosi settori, dalla chimica alla lavorazione delle pelli fino alla conservazione dei mangimi.
La ricerca sull’idrogeno guarda alla stessa molecola per un altro motivo. L’acido formico può custodire H₂ in forma chimica e liberarlo attraverso una reazione che genera anche anidride carbonica. A temperatura ambiente rimane liquido, quindi si lascia trasportare e stoccare più facilmente dell’idrogeno gassoso che richiede pressioni elevate o temperature estremamente basse.
OxFA prova così a cambiare anche l’origine dell’acido. L’azienda bavarese lavora con biomasse e residui organici, compresi materiali umidi, lignificati o già fermentati, e punta a trasformarli in acido formico. La collaborazione con il Leibniz Institute for Catalysis aggiunge il passaggio successivo: liberare l’idrogeno contenuto nella molecola. I ricercatori chiamano questa filiera BFH, Biomass–Formic Acid–Hydrogen.
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L’acqua rappresentava l’ostacolo più concreto
La biomassa porta con sé molta acqua. Di conseguenza, OxFA ottiene una soluzione nella quale l’acido formico può raggiungere concentrazioni relativamente basse. Concentrare l’acido risolverebbe il problema, ma richiederebbe una distillazione e quindi altra energia. In una filiera che punta a produrre un vettore energetico, ogni passaggio aggiuntivo pesa sui consumi e sui costi.
Il gruppo, guidato da Henrik Junge al LIKAT, ha quindi lavorato sul catalizzatore. I ricercatori hanno modificato un sistema a base di rutenio e aggiunto un’ammina che facilita la reazione dell’acido formico. La nuova formulazione tollera, evidenziano i dati diffusi dal gruppo, concentrazioni di acido comprese tra il 5 e il 99%. Questo margine offre un vantaggio concreto quando la materia prima arriva da residui biologici e può cambiare composizione da un lotto all’altro. Un impianto che accetta una soluzione molto diluita evita di doverla correggere ogni volta a monte. Ed è proprio qui che il processo diventa industrialmente interessante.
Due fasi liquide impediscono all’acqua di accumularsi
Far funzionare il sistema per qualche ora in laboratorio era relativamente semplice, ma tenerlo in attività per settimane ha richiesto un metodo per la gestione dell’acqua che continuava a entrare insieme all’acido formico. Per riuscire in questo il team ha adottato un sistema con due fasi liquide, una acquosa e una organica. Il LIKAT ha descritto il risultato con paragone insolito: i due composti si comportano in modo simile a grasso e brodo.
La fase organica trattiene soprattutto il catalizzatore e l’ammina. La fase acquosa porta invece l’acido formico, che attraversa la superficie di contatto tra i due liquidi e raggiunge i componenti necessari alla reazione.
E’ stato così che i ricercatori sono riusciti a eliminare l’acqua in eccesso senza però trascinare fuori dal circuito, a ogni passaggio, le sostanze più costose. La forza del sistema sta nella gestione continua. L’acqua entra con il reagente, il processo la separa e il catalizzatore resta dove serve: senza un perfetto equilibrio il test difficilmente avrebbe superato un mese.
La reazione funziona già a 65 gradi
Il processo raggiunge una buona attività a 65 °C, una temperatura contenuta rispetto a molte trasformazioni industriali. Il dato interessa anche per un’altra ragione: numerose celle a combustibile a bassa temperatura lavorano sotto i 100 °C. In prospettiva, quindi, un impianto potrebbe liberare l’idrogeno e alimentare una cella a combustibile senza gestire forti differenze termiche.
OxFA e LIKAT sostengono di aver ottenuto un’efficienza atomica prossima al 100%. Il valore riguarda la chimica della reazione e descrive quanto efficacemente gli atomi dei reagenti confluiscono nei prodotti desiderati. Il rendimento energetico dell’intera filiera richiede invece di sommare tutte le fasi del processo: trattamento della biomassa, produzione dell’acido formico, riscaldamento, pompaggio, recupero degli additivi e funzionamento dell’impianto.
Domande e risposte Come funziona il processo che ricava idrogeno dall’acido formico prodotto dalla biomassa.
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In breve
Come si produce idrogeno dall’acido formico?
L’acido formico può funzionare come vettore chimico dell’idrogeno. Durante la deidrogenazione, il catalizzatore favorisce una reazione che libera H₂ e anidride carbonica. Nel processo studiato da OxFA e LIKAT, l’acido formico deriva dalla biomassa anziché dalle tradizionali materie prime fossili.
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Il vantaggio
Perché evitare la distillazione è importante?
L’acido formico ottenuto dalla biomassa contiene molta acqua. Concentrarlo con la distillazione richiede calore e quindi energia. Il nuovo sistema riesce invece a utilizzare soluzioni molto diluite, con concentrazioni di acido dichiarate tra il 5% e il 99%, evitando questo passaggio preliminare.
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Come funziona
Come riesce il reattore a gestire tutta l’acqua?
I ricercatori utilizzano due fasi liquide separate, una acquosa e una organica. La fase organica trattiene soprattutto il catalizzatore al rutenio e l’ammina, mentre quella acquosa trasporta l’acido formico. Il sistema può così eliminare l’acqua in eccesso senza perdere continuamente i componenti più costosi della reazione.
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Il risultato
Le 820 ore dimostrano che la tecnologia è pronta per l’industria?
No. Il test dimostra che il processo può lavorare in continuo per oltre un mese, un risultato importante per un impianto pilota. Prima del passaggio alla produzione industriale bisognerà verificare il comportamento del sistema per periodi molto più lunghi e con volumi decisamente maggiori.
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Costi e limiti
Che cosa può frenare la produzione su larga scala?
I punti da chiarire riguardano soprattutto durata e recupero del catalizzatore al rutenio, consumo dell’ammina, energia richiesta dall’intera filiera e costo finale dell’idrogeno. Anche il bilancio delle emissioni dovrà considerare produzione dell’acido formico, trasporti, reagenti e gestione della CO₂ liberata durante la reazione.
Il test porta il processo oltre gli esperimenti di breve durata
La filiera biomassa-acido formico-idrogeno circola da tempo nella ricerca. Nel 2024 un gruppo che comprendeva anche ricercatori di OxFA e del Forschungszentrum Jülich aveva analizzato diverse configurazioni attraverso simulazioni di processo e valutazioni economiche.
Quel lavoro aveva individuato scenari interessanti soprattutto con biomasse di scarto e impianti decentralizzati. Mancava però il comportamento del sistema nel tempo, con un reattore continuamente alimentato da materiale reale.
La prova bavarese colma in parte questo vuoto. Il sistema ha continuato a lavorare per più di un mese con acido formico biogenico senza richiedere una purificazione intermedia.
I 30 metri cubi di H₂ prodotti restano una quantità da impianto pilota. Qui pesa soprattutto la continuità: il reattore ha mantenuto il processo per settimane, senza fermarsi dopo poche ore o dopo un singolo ciclo.
Il rutenio entrerà nei conti dell’impianto
Il rutenio appartiene al gruppo dei metalli del platino e costa molto più dei materiali comuni che l’industria usa nei grandi processi chimici. Il suo peso sul costo finale dipenderà da tre cose molto concrete: quanto dura, quanto se ne perde durante il funzionamento e quanto se ne riesce a recuperare. Se il catalizzatore conserva l’attività a lungo, il metallo può incidere meno; se richiede sostituzioni frequenti, il conto cambia rapidamente.
Anche l’ammina rientra nello stesso bilancio. Un impianto dovrà limitarne le perdite e recuperarla il più possibile, altrimenti una parte del vantaggio ottenuto eliminando la distillazione finirà per consumarsi altrove. Le 820 ore danno una prima misura della stabilità, ma la scala industriale richiederà tempi molto più lunghi.
La CO₂ biogenica richiede comunque un bilancio completo
La decomposizione dell’acido formico libera H₂ e CO₂. In questo caso il carbonio arriva dalla biomassa e segue quindi un ciclo diverso rispetto al carbonio fossile estratto dal sottosuolo.
Per misurare l’impatto climatico reale bisognerà però seguire l’intero percorso. Contano l’origine dei residui, le distanze di trasporto, l’energia che alimenta gli impianti, i reagenti, le rese e la gestione dei sottoprodotti.
Anche la scelta della biomassa può cambiare molto il risultato. Recuperare uno scarto già disponibile presenta un bilancio diverso rispetto alla coltivazione di una materia prima destinata appositamente alla produzione di energia.
OxFA punta soprattutto su residui e biomasse umide. Questa scelta può evitare anche l’essiccazione, un passaggio che in altre filiere consuma energia. Quanto peserà questo vantaggio emergerà solo mettendo insieme tutti i consumi del ciclo produttivo.
Il brevetto prepara il terreno alla fase industriale
OxFA e LIKAT hanno depositato una domanda di brevetto sul procedimento. Anche il Ministero bavarese dell’Economia, dello Sviluppo regionale e dell’Energia ha sostenuto il progetto attraverso programmi dedicati all’idrogeno e alla sicurezza energetica.
L’interesse commerciale, quindi, c’è già. Adesso OxFA dovrà dimostrare che il processo mantiene le prestazioni quando aumentano dimensioni, portate e tempi di esercizio.
Un reattore più grande dovrà tenere stabile la separazione tra le due fasi, limitare le perdite di rutenio e ammina e lavorare con biomasse che possono cambiare composizione. Poi arriverà il dato che più interessa all’industria: il prezzo dell’idrogeno in uscita.
Prima di arrivarci serviranno numeri sulla durata del catalizzatore, sui consumi degli additivi e sull’energia richiesta dall’intera filiera. Sono questi i valori che possono trasformare un buon risultato sperimentale in un processo commercialmente interessante.
Il prossimo banco di prova sarà la scala industriale
L’esperimento di OxFA e LIKAT ha cercato di risolvere un problema importante: usare acido formico biogenico ricco d’acqua senza spendere prima energia per concentrarlo. La rinuncia alla distillazione ha permesso di semplificare il processo. Il sistema bifasico, intanto, ha mantenuto il reattore in attività per oltre un mese. Adesso bisogna capire quanto costa mantenerlo in funzione quando dal progetto pilota si passa a un vero impianto industriale.
Link e fonti
Studi scientifici, documentazione tecnica e fonti primarie per approfondire la produzione di idrogeno da acido formico biogenico.
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Fonte primaria
Produzione continua di idrogeno da acido formico biogenico
Il comunicato descrive il test pilota condotto con OxFA: oltre 820 ore di funzionamento continuo, circa 30 metri cubi di idrogeno prodotti, sistema bifasico, catalizzatore al rutenio e funzionamento a 65 °C.
Consulta il comunicato -
Documentazione tecnica
Il processo OxFA per produrre acido formico dalla biomassa
La documentazione aziendale illustra il processo che utilizza biomasse e residui organici, compresi materiali umidi e lignificati, per ottenere acido formico biogenico in condizioni di temperatura e pressione relativamente contenute.
Consulta la tecnologia -
Studio scientifico
Hydrogen production from wet biomass via a formic acid route
Lo studio analizza la produzione di idrogeno da biomassa umida attraverso acido formico e confronta diverse configurazioni del processo, includendo una valutazione tecnico-economica delle soluzioni considerate.
Consulta lo studio -
Studio di riferimento
Biogenic Formic Acid as a Green Hydrogen Carrier
Il lavoro di Patrick Preuster e Jakob Albert esamina l’acido formico biogenico come vettore dell’idrogeno e confronta differenti metodi catalitici per liberare H₂ da soluzioni acquose di acido formico.
Consulta lo studio -
Revisione scientifica
Acido formico da biomassa e produzione di idrogeno
La review ricostruisce i principali metodi per ottenere acido formico da risorse rinnovabili e dedica una parte specifica alla sua deidrogenazione catalitica per la produzione di H₂.
Consulta la revisione -
Ricerca fondamentale
Produzione selettiva di acido formico da biomassa complessa
Uno dei lavori alla base dello sviluppo della tecnologia studia l’ossidazione catalitica di biomasse complesse, compresi legno e altri materiali insolubili in acqua, per ottenere acido formico.
Consulta lo studio
Note per i lettori
L’immagine usata per questo articolo è stata creata grazie all’utilizzo di un sistema di Intelligenza Artificiale
