Conversione di metanolo in idrocarburi liquidi (MTH) per la produzione di SAF = Methanol-to-Hydrocarbons (MTH) conversion for SAF production

Il cambiamento climatico e la crescente necessità di riduzione delle emissioni di CO₂ impongono lo sviluppo di soluzioni energetiche sostenibili, con particolare attenzione ai settori difficili da decarbonizzare come quello aeronautico. I carburanti sostenibili per l’aviazione (Sustainable Aviation Fuels, SAF) rappresentano una delle opzioni più promettenti per ridurre l’impatto ambientale senza modifiche sostanziali alle infrastrutture esistenti. In tale scenario, il metanolo si configura come un precursore di grande interesse, in quanto può essere prodotto a partire da biomasse, idrogeno verde e CO₂ catturata, e successivamente convertito in idrocarburi liquidi sintetici mediante processi catalitici. L’obiettivo principale di questa tesi è stato lo studio sperimentale del processo Methanol-to-Hydrocarbons (MTH). L’obiettivo non si è limitato alla valutazione della possibilità di ottenere frazioni compatibili con il kerosene aeronautico, ma ha riguardato principalmente lo studio della conversione diretta del metanolo in un unico step catalitico. Tale approccio è di notevole interesse poiché consente di semplificare la progettazione dei processi, ridurre i costi operativi e valorizzare il metanolo trasformandolo in idrocarburi di maggiore valore aggiunto attraverso un’unica fase reattiva. L’attività sperimentale è stata condotta in un reattore catalitico da banco appositamente progettato, caratterizzato da elevata flessibilità operativa e da sistemi di controllo automatizzati. Il metanolo è stato alimentato in condizioni controllate di temperatura e pressione, e i prodotti ottenuti sono stati analizzati con diverse tecniche: gas cromatografia con rivelatore a ionizzazione di fiamma (GC-FID) per la quantificazione delle olefine leggere, gas cromatografia accoppiata a spettrometria di massa (GC-MS) per l’identificazione dei composti più complessi, cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) per la caratterizzazione delle frazioni più pesanti, oltre a misure di carbonio organico totale (TOC) e analisi termogravimetrica (TGA) delle zeoliti per la valutazione della stabilità catalitica. Sono stati testati diversi catalizzatori zeolitici (MFI-117, MFI-80, MFI-50, ZSM-22, H-Beta), valutando l’influenza della struttura porosa e del rapporto Si/Al sulla conversione e sulla selettività. I risultati hanno mostrato che il metanolo viene inizialmente trasformato in olefine leggere (etilene e propilene), le quali subiscono successivamente reazioni di oligomerizzazione e ciclizzazione che portano alla formazione di idrocarburi più complessi. Tra i catalizzatori studiati, la zeolite MFI-80 ha mostrato prestazioni particolarmente promettenti nei test di oligomerizzazione, favorendo la formazione di frazioni più pesanti e riducendo la tendenza alla disattivazione catalitica. Pur non avendo ottenuto una frazione di kerosene conforme alle specifiche aeronautiche, il lavoro ha permesso di identificare i parametri chiave quali temperatura, tempo di residenza e tipologia di catalizzatore, che governano la resa complessiva e la selettività del processo. In conclusione, la ricerca fornisce una solida base sperimentale e metodologica per futuri sviluppi tecnologici orientati alla produzione di SAF mediante sintesi diretta. Il metanolo si conferma quindi un feedstock versatile e rinnovabile, capace di contribuire in modo significativo alla decarbonizzazione del settore aeronautico, in linea con gli obiettivi internazionali di mitigazione climatica e transizione energetica.