Carburante per jet a emissioni zero

Progettato un sistema di produzione di carburante che utilizza acqua, anidride carbonica (CO₂) e luce solare per produrre carburante per aerei.

Gli scienziati hanno implementato il sistema sul campo e il progetto. Questa tecnica, descritta in un articolo pubblicato sulla rivista Joule, (1) potrebbe aiutare l'industria aeronautica a diventare carbon neutral.

«Siamo i primi a dimostrare l'intera catena del processo termochimico dall'acqua e dalla CO₂ al cherosene in un sistema a torre solare completamente integrato», afferma il dottor Aldo Steinfeld, (2) docente presso l'ETH di Zurigo e corrispondente autore dell'articolo. I precedenti tentativi di produrre carburanti per l'aviazione attraverso l'uso dell'energia solare sono stati per lo più eseguiti in laboratorio.

Il settore dell'aviazione è responsabile di circa il 5 % delle emissioni antropogeniche globali che causano il cambiamento climatico. Fa molto affidamento sul cherosene, o carburante per aviogetti, che è un carburante idrocarburico liquido tipicamente derivato dal petrolio greggio. Attualmente, non è disponibile alcuna alternativa pulita per alimentare voli commerciali a lungo raggio su scala globale.

Il dottor Aldo Steinfeld spiega: «Con la nostra tecnologia solare, abbiamo dimostrato che possiamo produrre cherosene sintetico da acqua e CO₂ invece di derivarlo da combustibili fossili. La quantità di CO₂ emessa durante la combustione del cherosene in un motore a reazione è uguale a quella consumata durante la sua produzione nell'impianto solare. Ciò rende il carburante a zero emissioni di carbonio, soprattutto se utilizziamo la CO₂ catturata direttamente dall'aria come ingrediente. Si spera che questa procedura sia operativa in un futuro non troppo lontano».

Nell'ambito del progetto SUN-to-LIQUID dell'Unione Europea, il dottor Steinfeld e i suoi colleghi hanno sviluppato un sistema che utilizza l'energia solare per produrre combustibili drop-in, che sono alternative sintetiche ai combustibili fossili come il cherosene e il diesel. «Il cherosene prodotto dall'energia solare è completamente compatibile con l'infrastruttura aeronautica esistente per lo stoccaggio, la distribuzione e l'uso finale del carburante nei motori a reazione», afferma Steinfeld. «Può anche essere miscelato con cherosene di origine fossile», aggiunge.

Nel 2017, il team ha iniziato ad ampliare il progetto e ha costruito un impianto di produzione di combustibile solare presso l'IMDEA Energy Institute in Spagna. L'impianto è costituito da 169 pannelli riflettenti per il rilevamento del sole che reindirizzano e concentrano la radiazione solare in un reattore solare montato in cima a una torre. L'energia solare concentrata guida quindi i cicli di reazione di riduzione dell'ossidazione (redox) nel reattore solare, che contiene una struttura porosa creata da ceria. La ceria, che non viene consumata ma può essere utilizzata più e più volte, converte l'acqua e la CO₂ iniettate nel reattore in syngas, una miscela su misura di idrogeno e monossido di carbonio. Successivamente, il syngas viene inviato in un convertitore gas-liquido, dove viene infine trasformato in combustibili a base di idrocarburi liquidi che includono cherosene e diesel.

«Questo impianto di alimentazione a torre solare è stato gestito con una configurazione rilevante per l'implementazione industriale, stabilendo una pietra miliare tecnologica verso la produzione di combustibili aeronautici sostenibili», afferma Steinfeld.

Durante un funzionamento di nove giorni dell'impianto riportato nel documento, l'efficienza energetica del reattore solare, la parte dell'energia solare immessa che viene convertita nel contenuto energetico del syngas prodotto, è stata di circa il 4%. Steinfeld afferma che il suo team sta lavorando intensamente per migliorare il design con lo scopo di aumentare l'efficienza a valori superiori al 15%. Ad esempio, stanno esplorando modi per ottimizzare la struttura della ceria per assorbire la radiazione solare e sviluppando metodi per recuperare il calore rilasciato durante i cicli redox.

Questo lavoro è sostenuto dalla Segreteria di Stato svizzera per l'istruzione, la ricerca e l'innovazione e il programma di ricerca e innovazione dell'UE Orizzonte 2020.

Joule ( @Joule_CP ), pubblicato mensilmente da Cell Press, è una nuova sede per ricerche, analisi e idee eccezionali approfondite che affrontano la necessità di un'energia più sostenibile. Diario gemello di Cell, Joule abbraccia tutte le scale della ricerca sull'energia, dalla ricerca di laboratorio fondamentale alla conversione e allo stoccaggio dell'energia fino all'analisi di impatto a livello globale. (3)

Riferimenti:

(1) A solar tower fuel plant for the thermochemical production of kerosene from H₂O and CO₂

(2) Aldo Steinfeld

(3) Joule

Descrizione foto: Impianto di alimentazione a torre solare durante il funzionamento e Schema dell'impianto di alimentazione della torre solare. - Credit: IMDEA Energy & ETH Zurich.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A solar tower fuel plant for the thermochemical production of kerosene from H2O and CO2