Innovazione tecnologica

Sintesi del metanolo: analisi tecnica e brevettuale

Il metanolo è un intermedio chimico ad alto valore aggiunto, che serve per la produzione di altri composti quali la formaldeide, il dimetiletere e l’acido acetico ma che può essere anche utilizzato direttamente come combustibile[1].

Viene sintetizzato per via catalitica sin dagli anni Venti, quando ricercatori della Basf inventarono un processo ad alta temperatura e pressione, utilizzando una varietà di ossidi come catalizzatori, tra cui un materiale costituito da Cr₂O₃-ZnO. Successivamente fu sviluppato dalla ICI un nuovo procedimento, con un catalizzatore a base di Cu/Zn/Al₂O₃ (denominato CZA), operando a una temperatura e una pressione inferiore.

Altre aziende hanno studiato sistemi catalitici alternativi, quali BASF e Haldor Topsøe.

La reazione principale è la seguente:

 

CO + 2H₂ = CH₃OH (1)

 

L’attuale produzione di metanolo deriva da combustibili fossili e principalmente dal gas naturale. La reazione di reforming con vapore è endotermica e richiede molta energia.

Recentemente si sono compiuti grandi sforzi per produrre metanolo da anidride carbonica (CO₂), secondo la reazione:

 

CO₂ + 3H₂ = CH₃OH + H₂O (2)

 

In funzione delle condizioni di reazione e del catalizzatore utilizzato, è probabile che avvenga la reazione di spostamento del gas d’acqua inversa, con formazione di monossido di carbonio e vapore acqueo:

 

CO₂ + H₂ = CO + H₂O (3)

 

Per quanto concerne le materie prime, l’idrogeno può essere prodotto tramite elettrolisi, mentre la CO₂ può essere approvvigionata da impianti per la produzione di ammoniaca e/o di cemento.

Il problema principale, però, riguarda il tipo di catalizzatore, che deve essere reso più resistente all’acqua, per poter mantenere nel tempo la propria attività catalitica.

Dalla letteratura scientifica sappiamo che sono stati testati vari catalizzatori, per esempio il palladio (ma catalizza la reazione 3 e produce piccole quantità di metano), leghe di palladio con altri metalli (zinco) oppure di cobalto e gallio.

Altri approcci prevedono il confinamento di Cu-ZnO in zeoliti o MOF (strutture metallo-organiche).

L’analisi brevettuale[2] conferma questa tendenza ed in effetti le domande di brevetto recenti rivendicano l’uso di nuovi catalizzatori (metalloceni, MOF, platino e rame), come riportato nella Figura 1.

Sono cinesi le principali aziende e gli enti di ricerca titolari di domande/brevetti sulla sintesi di metanolo (Figura 2). Basf e Haldor Topsøe sono le uniche aziende europee presenti nei primi trenta top applicant.

Anche per quanto riguarda il trend di tutela, la maggior parte dei depositi (e delle estensioni) viene effettuata in Cina, a cui seguono Stati Uniti ed Europa (Figura 3).

 

 

Figura 1 – Patent Landscape

 

Figura 2 – Elenco dei primi 30 titolari di domande/brevetti

 

Figura 3 – Elenco dei primi dieci paesi di estensione dei brevetti

 

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Massimo Barbieri

Technology Transfer Office (Politecnico di Milano)