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La torre all-in-one a energia solare produce carburante per jet a emissioni zero

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Astratto grafico. Credito: Joule (2022). DOI: 10.1016/j.joule.2022.06.012

I ricercatori hanno progettato un sistema di produzione di carburante che utilizza acqua, anidride carbonica (CO2), e la luce solare per produrre carburante per aerei. Hanno implementato il sistema sul campo e il design, pubblicando il 20 luglio sulla rivista Joulepotrebbe aiutare l’industria aeronautica a diventare carbon neutral.

“Siamo i primi a dimostrare l’intera catena del processo termochimico da acqua e CO2 al cherosene in un sistema a torre solare completamente integrato”, afferma Aldo Steinfeld, professore dell’ETH di Zurigo e corrispondente autore del documento. I precedenti tentativi di produrre carburanti per l’aviazione attraverso l’uso dell’energia solare sono stati eseguiti principalmente 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.

“Con la nostra tecnologia solare, abbiamo dimostrato che possiamo produrre cherosene sintetico da acqua e CO2 invece di guidarlo dai combustibili fossili. La quantità di CO2 emesso durante la combustione del cherosene in un motore a reazione è uguale a quello consumato durante la sua produzione nell’impianto solare”, afferma Steinfeld. “Ciò rende il carburante neutrale, soprattutto se utilizziamo CO2 catturato direttamente dall’aria come ingrediente, si spera in un futuro non troppo lontano”.

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Nell’ambito del progetto SUN-to-LIQUID dell’Unione Europea, 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 fatta di ceria. La ceria, che non viene consumata ma può essere utilizzata più e più volte, converte acqua e CO2 iniettato 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.

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“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 per 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.


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