Carburanti sintetici: la scommessa di una scienziata svizzera per decarbonizzare auto e aerei

L'ingegnera chimica Alessia Cesarini sta sviluppando un carburante sintetico compatibile con i motori a combustione e le infrastrutture esistenti. Michele Andina / SWI swissinfo.ch

Milioni di motori a combustione – che alimentano macchinari, veicoli e aerei – continueranno a essere usati per i prossimi decenni. Anziché sostituirli, un’ingegnera chimica svizzera sta sviluppando un’alternativa più ecologica: un carburante sintetico “drop-in” compatibile con i motori e le infrastrutture esistenti.

All’interno del suo labirintico laboratorio presso i Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa), a Dübendorf, una rete di tubi e moduli costruiti su misura ronza mentre Alessia Cesarini mostra il suo prototipo dell’unità per la produzione di e-fuel. Per realizzarlo ha impiegato due anni, e il suo obiettivo è trasformarlo in un’attività commerciale in grado di offrire un’alternativa valida ai combustibili fossili convenzionali.

“Ci sono ancora molti sistemi con motori a combustione in funzione, e l’idea è quella di fornire una soluzione prodotta localmente e meno inquinante”, spiega.

I trasporti rappresentano il 47% delle emissioni di anidride carbonica (CO₂) Collegamento esternolegate all’energia in Svizzera, rispetto al 25% a livello globale. Uno studio svizzero stimaCollegamento esterno che entro il 2040, sulle strade del Paese, circoleranno ancora circa due milioni di veicoli con motore a combustione.

A livello globale, BloombergCollegamento esterno stima che entro quella data il 55% delle auto funzionerà ancora con motori a combustione. Inoltre, nei settori in cui è difficile ridurre le emissioni, come quello dell’aviazione, la decarbonizzazione a lungo termine dipenderà in larga misura dall’adozione di biocarburanti.

L’approccio di Cesarini è semplice: “L’obiettivo è una soluzione che funzioni con i veicoli e le infrastrutture esistenti e che sia sostenibile sia dal punto di vista ambientale che economico”, afferma.

La ricerca sui carburanti sintetici si sta espandendo rapidamente, soprattutto in Cina, negli Stati Uniti e in Europa. L’International e-fuels Observatory 2025Collegamento esterno elenca oltre 120 progetti su larga scala in 28 paesi. Si tratta tuttavia di un settore ancora agli inizi e altamente concentrato, con un chiaro passaggio dalla fase concettuale a progetti pilota industriali.

La Svizzera si sta posizionando come polo di ricerca all’avanguardia, combinando CO₂, idrogeno verde e chimica innovativa per produrre carburanti a basse emissioni di carbonio. Il lavoro di Cesarini punta a una nicchia specifica, concentrandosi inizialmente sulla benzina “drop-in” utilizzando catalizzatori ad alta efficienza energetica, per poi estendere la ricerca anche al settore dell’aviazione. Molti dei suoi colleghi stanno esplorando direttamente i carburanti per l’aviazione o lavorando su processi solari “sun-to-liquid”.

Costruire idrocarburi come con i Lego

In laboratorio, Cesarini mostra due boccette contenenti un liquido giallastro.

“Riuscite a individuare la differenza?”, chiede. Entrambe emanano quel caratteristico odore forte e pungente, ma una contiene benzina standard a 95 ottani, mentre l’altra è la sua versione sintetica.

Al centro della sua innovazione c’è un processo chimico chiamato “oligomerizzazione”, che converte le molecole di etilene o propilene in un combustibile liquido molto simile alla benzina convenzionale. Un altro vantaggio del suo processo è la possibilità di estendere la produzione a composti chimici simili al cherosene, che potrebbero essere utilizzati in futuro negli aerei.

>>In questo video, la ricercatrice Alessia Cesarini spiega come viene prodotta la benzina sintetica:

Il ciclo inizia con la rimozione del CO₂ dalla biosfera o dall’atmosfera e la sua trasformazione in alcoli come il metanolo o l’etanolo. L’acqua viene poi rimossa da questi liquidi tramite un metodo esistente noto come disidratazione, convertendoli in etilene e propilene.

Questi gas vengono poi inviati a un reattore dove un catalizzatore scompone le molecole e le ricombina in idrocarburi più lunghi, creando un combustibile sintetico che può essere utilizzato direttamente in automobili, aerei o altri macchinari.

Il catalizzatore è un elemento chiave per rendere efficiente il processo e mantenere basso il consumo energetico, spiega Cesarini.

“Partiamo da molecole molto piccole che si possono paragonare a piccoli mattoncini Lego. Con i Lego, vogliamo costruire una struttura dalla forma specifica utilizzando i piccoli mattoncini. La produzione del carburante non è diversa. Abbiamo le piccole molecole che combiniamo in una miscela progettata di molecole più lunghe. E questa combinazione viene effettuata con precisione dal catalizzatore”.

Il catalizzatore segreto

Il catalizzatore è un ingrediente speciale che rimane segreto. Cesarini non può dire molto, se non che è diverso dagli altri catalizzatori e che combina gli elementi costitutivi per ottenere un carburante con proprietà predefinite che può essere utilizzato immediatamente.

Si tratta di un enorme vantaggio competitivo, afferma. Test indipendenti hanno dimostrato che il suo carburante sintetico raggiunge già un numero di ottano di ricerca (RON) pari a 95, un parametro di riferimento fondamentale per la benzina senza piombo standard, e le stime iniziali suggeriscono che, una volta prodotto su scala industriale, potrebbe avere costi competitivi rispetto alla benzina tradizionale.

Test indipendenti hanno dimostrato che il carburante sintetico sviluppato da Alessia Cesarini raggiunge già un numero di ottani di ricerca (RON) pari a 95, un parametro di riferimento fondamentale per la benzina senza piombo standard. Michele Andina / SWI swissinfo.ch

“Non è necessario effettuare costosi adeguamenti. Basta sostituire il carburante fossile e il motore funzionerà come dovrebbe”, spiega.

L’Empa descrive il carburante come rispettoso del clima, sebbene i dati precisi sulle emissioni siano ancora in fase di elaborazione.

“In termini generali è possibile ridurre le emissioni, a seconda della fonte utilizzata, teoricamente fino al 100%”, sostiene. “Più realisticamente, la riduzione si aggirerà intorno al 90–95%”.

Jörg Sauer, eminente ricercatore tedescoCollegamento esterno nel campo dei carburanti, definisce il progetto di Cesarini “di grande rilevanza”. Sebbene le recenti ricerche sull’oligomerizzazione si siano concentrate sui carburanti sostenibili per l’aviazione, Sauer ha dichiarato a Swissinfo che “i composti di tipo benzina rimarranno necessari sul lungo periodo”.

Tuttavia Sauer, direttore dell’Istituto per la ricerca e la tecnologia della catalisi nell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT), in Germania, ha sottolineato che sarà essenziale garantire rigorosi standard di qualità.

Strategia “prima la selvicoltura”

Cesarini ha iniziato la sua ricerca sui carburanti sintetici al Politecnico federale di Zurigo (ETH), lavorando a progetti incentrati su sostanze chimiche e carburanti sostenibili per l’aviazione. Ma le rigide norme di certificazione globali – la cui implementazione spesso richiede più di un decennio – hanno determinato un cambiamento strategico: fornire innanzitutto un carburante per il trasporto su strada, dove l’approvazione è più rapida e regolamentata a livello nazionale.

Proprio in fondo al corridoio del suo laboratorio è in funzione anche un prototipo di prova più grande, in grado di produrre circa 10’000 litri di carburante sintetico all’anno.

Grazie a una borsa di studio Empa Entrepreneur Fellowship, la ricercatrice ticinese sta ora ampliando la produzione e lanciando una start-up.

“A quanto pare, il dottorato di ricerca si è trasformato in un’azienda”, afferma con un sorriso. “È come imparare una nuova lingua”.

Le prime applicazioni di carburante sostenibile si concentreranno sul settore forestale, dove i volumi ridotti e l’uso controllato facilitano la sperimentazione di mercato. Il passo successivo consisterà nell’aumentare la produzione a un milione di litri all’anno, prima di passare alla fornitura industriale.

Le “incognite sconosciute”

Espandere la produzione per portare il nuovo carburante sul mercato sarà una sfida enorme, riconoscono le ricercatrici e i ricercatori dell’Empa.

“Su larga scala, potrebbero sorgere molti problemi a cui prima non si era pensato. Si parla sempre delle ‘incognite sconosciute'”, osserva Nathalie CasasCollegamento esterno, responsabile del dipartimento energia, mobilità e ambiente dell’Empa.

Sauer le fa eco sollecitando una stretta integrazione del prossimo progetto pilota in un processo produttivo ben definito, con input precisi e output chimici mirati, in modo che le condizioni operative possano essere direttamente collegate alla qualità del prodotto.

La produzione su larga scala richiederà inoltre investimenti significativi – potenzialmente decine di milioni di franchi – anche se il progetto della start-up di Cesarini trarrà vantaggio dall’utilizzo di reattori industriali già esistenti.

“Ci sono molte persone in tutto il mondo impegnate a fornire capitali a questo tipo di tecnologie rispettose dell’ambiente, ma il mondo sta cambiando e il panorama sta diventando più difficile”, ammette Casas.

Lei vede il ruolo della Svizzera nello sviluppo e nell’esportazione di tali innovazioni: “La Svizzera è molto forte nell’innovazione e grazie alle aziende in grado di vendere questa innovazione al mondo. Non si tratta di un problema locale, ma globale. E se la Svizzera può aiutare il mondo a decarbonizzare i combustibili, questa è una risorsa molto importante che possiamo offrire”.

Sauer è d’accordo, e dice che la Svizzera ha l’opportunità, grazie a questo lavoro, di ritagliarsi un vantaggio tecnologico attraverso la sua “ricerca di base eccellente e all’avanguardia a livello mondiale, che è collegata al trasferimento nelle applicazioni pratiche”.

Contesto competitivo

Nonostante gli ostacoli da superare, Cesarini è fiduciosa che arriveranno sia la domanda che gli investitori. Oltre alla sostenibilità, è la sicurezza energetica a stimolare l’interesse, afferma, una tendenza regolarmente evidenziataCollegamento esterno dall’Agenzia internazionale per l’energia (AIE).

“L’urgenza di sostituire i combustibili fossili sta aumentando”, spingendo operatrici e operatori del settore e gli attori del mercato a esplorare “dove si possa arrivare e come si possano instaurare potenziali collaborazioni”, osserva.

E dunque, quando sarà che le automobiliste e gli automobilisti potranno finalmente acquistare nelle stazioni di servizio svizzere la sua benzina rispettosa del clima?

“Il prima possibile”, risponde, aggiungendo che il suo obiettivo è ridurre le emissioni fin da subito. “Ogni volta che facciamo rifornimento, continuiamo a utilizzare combustibili fossili. Vogliamo cambiare le cose”.

Articolo a cura di Gabe Bullard/Veronica De Vore

Traduzione dall’inglese di Marco Todarello