Una nuova tecnologia produce combustibili idrocarburici liquidi esclusivamente dalla luce solare e dall'aria.

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I carburanti neutrali dal punto di vista del carbonio sono fondamentali per rendere sostenibili il trasporto aereo e marittimo. Il nuovo impianto solare produce combustibili liquidi sintetici che rilasciano più CO₂ durante la loro combustione come precedentemente estratto dall'aria per la loro produzione.

Il sistema estrae CO₂ e acqua direttamente dall'aria ambiente e li divide usando l'energia solare. Questo processo produce syngas, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, che viene successivamente trasformata in cherosene, metanolo o altri idrocarburi. Questi carburanti drop-in sono pronti per l'uso nell'infrastruttura di trasporto globale esistente.

Il riflettore parabolico avvolge la luce e la dirige verso i due reattori nel mezzo della pianta. (Credit: Alessandro Della Bella / ETH Zurich)

Verifica teorica

"Questo impianto dimostra che i combustibili idrocarburici a emissioni zero possono essere prodotti dalla luce solare e dall'aria in condizioni reali", spiega Aldo Steinfeld, professore di vettori di energie rinnovabili presso l'ETH di Zurigo, il cui gruppo di ricerca ha sviluppato la tecnologia. "Il processo termochimico utilizza l'intero spettro solare e procede a temperature elevate, consentendo reazioni veloci e alta efficienza."

La mini-raffineria solare su un tetto di Zurigo dimostra che la tecnologia è fattibile, anche nelle condizioni climatiche prevalenti nella città. Produce circa un decilitro di carburante al giorno (poco meno di mezza tazza).

Il carburante che produce la raffineria solare. (Credit: Alessandro Della Bella / ETH Zurich)

Steinfeld e il suo gruppo stanno già lavorando a una prova su larga scala del loro reattore solare in una torre solare nei pressi di Madrid, effettuata nell'ambito del progetto Sun-to-Liquid dell'UE.

Il prossimo obiettivo è di scalare la tecnologia per l'implementazione industriale e renderla economicamente competitiva.

"Un impianto solare che copre un'area di un chilometro quadrato potrebbe produrre 20,000 litri di cherosene al giorno", afferma Philipp Furler, direttore di Synhelion e ex studente di dottorato nel gruppo di Steinfeld. "In teoria, un impianto delle dimensioni della Svizzera - o un terzo del deserto californiano del Mojave - potrebbe coprire le esigenze di cherosene dell'intera industria aeronautica. Il nostro obiettivo per il futuro è produrre efficientemente combustibili sostenibili con la nostra tecnologia e quindi mitigare la CO globale₂ le emissioni.”

L'impianto di ricerca produce syngas, che può essere trasformato in combustibili idrocarburici liquidi attraverso il convenzionale metanolo o la sintesi di Fischer-Tropsch. (Credit: Alessandro Della Bella / ETH Zurich)

Come funziona la raffineria solare

La catena di processi del nuovo sistema combina tre processi di conversione termochimica:

• L'estrazione di CO₂ e acqua dall'aria.
• La divisione solare-termochimica di CO₂ e acqua.
• La loro successiva liquefazione in idrocarburi.

Un processo di adsorbimento / desorbimento estrae CO₂ e acqua direttamente dall'aria ambiente. Entrambe quindi entrano nel reattore solare al centro di un riflettore parabolico. La radiazione solare è concentrata da un fattore di 3,000, che genera calore a una temperatura di 1,500 gradi Celsius all'interno del reattore solare.

Il cuore del reattore solare è una struttura ceramica fatta di ossido di cerio, che consente una reazione in due fasi - il ciclo redox - per dividere l'acqua e il CO₂ in syngas. Questa miscela di idrogeno e monossido di carbonio può quindi essere trasformata in combustibili idrocarburici liquidi attraverso il convenzionale metanolo o la sintesi di Fischer-Tropsch.

Sono già emersi due spin-off dal gruppo di ricerca di Steinfeld: Synhelion, fondato in 2016, che commercializza la tecnologia di produzione di combustibile solare, e Climeworks, fondata già in 2010, che commercializza la tecnologia per CO₂ cattura dall'aria.

Fonte: Politecnico federale di Zurigo

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