Un primo passo verso il contrasto dell’impatto ambientale degli aerei: una torre solare per creare combustibile per l’aviazione, creata recentemente. Si tratta di un sistema di produzione di carburante per aerei che utilizza soltanto acqua, anidride carbonica e luce solare. Questa torre è stata progettata da un gruppo di ricercatori del ETH Zurich.
Quanto pesa l’aviazione nella bilancia dell’emissione dei gas serra?
Partiamo dall’impatto che l’aviazione ha sulle emissioni di gas serra nel nostro pianeta. Gli aerei creano circa il 5% delle emissioni globali. Ma sopratutto, mentre altri settori come l’automobile stanno progressivamente facendo affidamento all’elettrico come alternativa ai combustibili fossili, per gli aerei è più difficile. I grossi limiti al passaggio dell’aviazione all’elettrico sono legati soprattutto al peso trasportato. Allo stato attuale è impossibile fare affidamento sull’alimentazione a batteria, sia oggi che in un immediato futuro.
C’è inoltre un problema di costi. Fonti di energia alternativa come batterie, idrogeno liquido o ammoniaca liquida richiederanno investimenti non realistici per creare nuovi aerei e sistemi di stoccaggio e distribuzione del carburante per farli volare.
Chi riflette sulla decarbonizzazione dell’aviazione è concorde sul fatto che per arrivare a questo traguardo entro la metà di questo secolo bisognerà utilizzare dei combustibili sostenibili. Cioè combustibili alternativi che funzionano con i motori a reazione esistenti e le relative infrastrutture di rifornimento.
Si stanno studiando soluzioni. La più utilizzata ad oggi è creare cherosene facendo reagire oli animali o vegetali con l’idrogeno. In questo caso però ci sono due problemi: da un lato limitate fonti rinnovabili di queste materie prime, in secondo luogo la concorrenza dal biodiesel del settore automobilistico.
Un nuovo approccio per ridurre l’impatto ambientale degli aerei: creare carburante in modo sostenibile
Entriamo nel dettaglio scientifico di una possibile soluzione emergente per ridurre l’impatto ambientale degli aerei. Si tratta di creare carburante utilizzando acqua, anidride carbonica e luce solare. Sembra impossibile, ma ecco come si può fare.
Anzitutto bisogna elettrolizzare l’acqua, cioè raffinarla tramite il processo dell’elettrolisi. Questo permette di creare idrogeno verde. Poi bisogna catturare CO2 dall’aria o da fonti industriali. A questo punto si ricuce la CO2 a CO ed infine si combinano l’idrogeno verde con il monossido di carbonio così creati. Il risultato? Cherosene.
Questo processo ha lo svantaggio che consuma un sacco di energia. Ci sono però anche dei vantaggi: le materie prime utilizzate sono molto abbondanti. Quindi si tratta di trovare un modo per ridurre il fabbisogno energetico del processo. Questo potrebbe spianare la strada ad una nuova fonte di combustibile più pulito.
Come raccogliere tutta questa energia? Una torre solare
Arriviamo alla prima applicazione di questo processo, realizzata dell’ETH di Zurigo. Il fabbisogno di energia è stato sopperito con un nuovo impianto che utilizza una serie di specchi per dirigere la luce solare verso un reattore solare in cima a una torre. Un approccio che è sembrato promettente.
“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“, ha affermato in un comunicato stampa Aldo Steinfeld dell’ETH di Zurigo, che ha guidato la ricerca. “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“.
Come è fatta questa torre solare che crea combustibile?
La torre è alta 49 piedi e dotata di 169 pannelli riflettenti. Questi riflettono e concentrano la luce solare sul reattore solare costruito in cima. Si pompano Acqua e CO2 nel reattore solare, che contiene una struttura porosa fatta di ceria, un ossido del cerio metallico delle terre rare.
La ceria aiuta a creare una reazione di ossidoriduzione, o redox, cioè una reazione chimica in cui cambia il numero di ossidazione degli atomi, cioè in cui si ha un passaggio di elettroni da una specie chimica ad un’altra.
Questa reazione sottrae ossigeno ad acqua e CO2, per creare una miscela di monossido di carbonio e idrogeno nota come Syngas. La ceria non si consuma in questo processo, può quindi essere riutilizzata. L’ossigeno in eccesso viene semplicemente rilasciato nell’atmosfera. Si pompa il syngas nella torre, in un convertitore gas-liquido. Così diventa un combustibile liquido che contiene il 16% di cherosene e il 40% di diesel.
Questo Syngas può ridurre l’impatto ambientale degli aerei?
Come detto sopra, questo procedimento usa molta energia elettrica, ma utilizzando il calore del sole per l’intero processo, si aggira la notevole richiesta di elettricità. C’è però un ma: i ricercatori notano che il loro sistema ha ancora un’efficienza relativamente bassa. Infatti solo il 4% dell’energia solare catturata è stata convertita in energia chimica nel gas di sintesi. Ma si sta progettando un modo per aumentarla oltre il 15 %.
Anche i livelli di produzione sono molto lontani da quelli che servirebbero per modificare la domanda di carburante dell’industria aeronautica. Nonostante l’impianto occupasse complessivamente uno spazio equivalente a un piccolo parcheggio, ha prodotto solo poco più di 5.000 litri di syngas in 9 giorni. Considerando che solo il 16% di quello è stato poi convertito in cherosene, la tecnologia dovrà migliorare considerevolmente per essere applicata.
Ma questo progetto ci da delle dimostrazioni sul fatto che su larga scala si può utilizzare la luce solare per creare combustibili sostenibili. Un’idea che fono ad oggi era stata considerata quasi fantascienza. Inoltre il processo di creazione è industrialmente realistico. Certo’ rispetto al livello raggiunto oggi serviranno molte modifice e investimenti. Eppure potrebbe un giorno offrire un modo promettente per garantire che i nostri voli siano meno onerosi per l’ambiente.
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