Lo sghembo quadrilatero della chimica...

In un articolo apparso su Ecoscienza n° 4/2016, il ricercatore dott. Diego Marazza PhD, dell'università di Bologna, presenta il quadrilatero della chimica nella Pianura Padana. Ne riprendo alcune sottolineature, che mi saranno utili per alcune lezioni che devo fare in autunno.

Il quadrilatero della chimica non rappresenta una esclusiva designazione storico-geografica, ma anche un multi-polo produttivo, integrato attraverso gasdotti e oleodotti, collegamenti di servizio via nave, strade e proprietà industriali comuni. 

Esso è anche un particolare modello di distribuzione di attività industriali che abbracciano alcuni settori della chimica, altri comparti manifatturieri e attività logistiche organizzate in distretti che partecipano - con il petrolchimico - attività produttive, rapporti di fornitura e gestione ambientale.

Il modello di riferimento generale dell'industria petrolchimica si basa sulla lavorazione di derivati del petrolio, quali virgin nafta e/o gasoli, secondo un principio a cascata: i prodotti ottenuti dalla raffinazione del greggio infatti sono destinati alla produzione di energia come carburanti e oli combustibili, mentre i prodotti dell'industria petrolchimica sono utilizzati come materiali. 

Il modello è quindi basato su grandi capacità produttive, sul basso costo delle materie prime derivanti dalla vicinanza degli impianti di raffinazione e sul basso valore aggiunto per unità di prodotto. 

Gli impianti petrolchimici si presentano per questo come grandi agglomerati industriali organizzati in più cicli produttivi, spesso interconnessi tra loro, dove viene realizzata un'economia di scala. 

Oltre a frazioni di petrolio si può impiegare anche metano, che nel quadrilatero è oggigiorno una fonte di idrogeno ed energia; un tempo è stato fonte anche di materie prime (da metano ad acetilene e da questo: butadiene per la gomma, cloruro di vinile per il PVC, acetaldeide per altri composti detti "acetici"). 

Alla base della trasformazione delle frazioni della distillazione ci sono alcune reazioni o processi di base ricorrenti. Di particolare importanza per il quadrilatero sono lo steam-cracking, il reforming, e, per il metano, lo steam reforming. 

Lo steam cracking, la piroscissione degli idrocarburi attraverso il vapore, è un processo che trasforma gli idrocarburi saturi ad alto peso molecolare in idrocarburi insaturi a basso peso molecolare. 

Per questa industria si tratta di un processo vitale che richiede molta energia, al fine di riscaldare la carica (virgin nafta mista a vapore acqueo) a 900°C per una frazione di secondo e successivamente raffreddarla progressivamente a temperature sempre più basse (fino a -135°C), al fine di condensare e frazionare i vari idrocarburi insaturi che si formano.

A Marghera – dove il vecchio impianto è stato fermato poco tempo fa – caldaie, forni e soprattutto la locale centrale termoelettrica di 348 MWt, ora pianificata a 240 MWt, sono la fonte di questa energia. 

Da questo processo si ottengono etilene, la frazione C4 (buteni, butano, isobutene, butadiene), la cosiddetta benzina di pirolisi o benzina di cracking (BK) e olio di cracking (fuel oil cracking o FOK); quest'ultimo era di particolare importanza a Marghera perché costituiva il combustibile che forniva una parte dell'energia per il processo. 

Il reforming permette l'aromatizzazione della benzina di cracking con catalizzatori (a base di platino o di altri metalli nobili) per ottenere BTX (benzene, toluene, xileni) e in misura minore etilbenzene, ciclopentano e ciclopentadiene. 

Infine lo steam reforming è un processo di produzione dell'idrogeno per cui ad alte temperature, in presenza di catalizzatori (nichel), il vapore d'acqua reagisce con il metano. 

L'idrogeno è utilizzato per alimentare molteplici processi dei petrolchimici; il più importante è la sintesi di ammoniaca per la produzione di fertilizzanti. 

Altre reazioni sono utilizzate per scopi specifici, come la produzione di nerofumo per il trattamento in difetto di ossigeno ad alta temperatura di frazioni pesanti provenienti dal cracking catalitico in raffineria. 

Questi sono i processi primari per la produzione dei building blocks - i "mattoni di base" - che poi, una volta combinati tra loro, formano gli "intermedi".

 

Gli intermedi non sono destinati al mercato degli utenti finali, ma sono impiegati come base di partenza per la sintesi di altre molecole, a loro volta base per la manifattura di una gamma estesa di materiali di sintesi e relativi mercati. 

Ad esempio, etilene e propilene (monomeri) - fino a qualche settimana fa prodotti a Marghera - sono utilizzati per realizzare rispettivamente il polietilene e il polipropilene (polimeri) a Ferrara. Questi materiali sono ottenuti attraverso reazioni di polimerizzazione che avvengono, normalmente, in reattori a pressione in presenza di catalizzatori e calore.

Da essi saranno poi ricavati i prodotti finiti: il flacone per il detersivo, la scatola per conservare gli alimenti, lo spazzolino da denti, il sifone per il lavandino del bagno, la vaschetta per i panni da lavare, paletta e secchiello per giocare in spiaggia, etc.

In questa vecchia carta tematica delle risorse minerarie e industriali dell'Emilia Romagna (presa da un Atlante De Agostini degli anni Settanta), le macchie verdi rappresentano i giacimenti di metano.

Il metano costituisce una delle materie prime più importanti della moderna industria chimica, insieme all'aria, all'acqua, al petrolio e al sale marino. 

Dal metano si ricava l'idrogeno, come sopra abbiamo ricordato; e l'idrogeno si combina con l'azoto (prelevato dall'aria, separato dall'ossigeno e dagli altri gas) per formare ammoniaca, con la quale si preparano concimi: urea, solfato di ammonio, nitrato di ammonio.

Come già detto, dal petrolio, attraverso la piroscissione, si ottengono l'etilene (necessario alla produzione di materie plastiche come il polietilene e il polistirene) e il propilene (necessario alla produzione del polipropilene isotattico, il moplen del Carosello e del boom economico). 

Uno dei primi impianti italiani per la produzione di olefine fu costruito a Ferrara negli anni Cinquanta, ed è mostrato nella seconda foto del post. Questo poi fu chiuso e i monomeri necessari furono forniti attraverso una pipe-line da Marghera. E ora che ha chiuso anche Marghera? Brutti scenari si paventano nei prossimi mesi... Priolo è lontana, troppo lontana... e al di là dell'Adriatico? A Rijeka, ad esempio?

Intanto, capita spesso che mio fratello, spinto dalla sua passione per i mezzi di trasporto a quattro ruote e di locomozione a quattro zampe, si muova in giro per l'Italia settentrionale ad appuntamenti a tema. Quando passa per Ferrara è solito mandarmi la vista del petrolchimico dalla strada, che vedete sopra. Uno scatto particolarmente riuscito è stato da me pubblicato in un mio (ormai vecchio) libro, dove ho toccato queste tematiche, che potete trovare QUI.