In teoria, è possibile creare carburante per jet da nient'altro che acqua, CO2 ed energia dal sole, ma farlo al di fuori del laboratorio si è rivelato impegnativo. Ora i ricercatori hanno creato il primo sistema completamente integrato in grado di farlo su larga scala sul campo.
L'aviazione rappresenta circa il cinque percento delle emissioni globali di gas serra e si è dimostrato ostinatamente difficile da decarbonizzare. Mentre altri settori hanno fatto affidamento sull'elettrificazione per passare dai combustibili fossili alle fonti di energia rinnovabile, i severi vincoli di peso dell'aviazione rendono impossibile fare affidamento sull'alimentazione a batteria in qualsiasi momento nel prossimo futuro.
C'è un crescente consenso sul fatto che qualsiasi percorso realistico per decarbonizzare l'aviazione entro la metà di questo secolo richiederà l'uso di combustibili "drop-in" sostenibili, che si riferiscono a combustibili che funzionano con i motori a reazione esistenti e le infrastrutture di rifornimento. La logica è che qualsiasi fonte di alimentazione alternativa come batterie, liquido Idrogenazioneo l'ammoniaca liquida richiederà livelli irrealistici di investimento in nuovi aeromobili e sistemi di stoccaggio e distribuzione del carburante.
I ricercatori stanno studiando un'ampia varietà di approcci per produrre carburanti sostenibili per l'aviazione. Il più comune oggi consiste nel creare cherosene facendo reagire oli animali o vegetali con l'idrogeno. L'approccio è ben consolidato, ma ci sono limitate fonti rinnovabili di queste materie prime e c'è concorrenza dal biodiesel del settore automobilistico.
Un approccio emergente prevede la creazione di carburante combinando direttamente il verde Idrogenazione con monossido di carbonio derivato dalla CO2 catturata. Questo è molto più impegnativo perché tutti i passaggi coinvolti—elettrolizzare l'acqua per creare idrogeno verde, catturare CO2 dall'aria o da fonti industriali, ridurre CO2 a CO e combinarli per creare cherosene—utilizzano molto energia.
Il vantaggio è che le materie prime sono abbondanti, quindi trovare un modo per ridurre il fabbisogno energetico potrebbe aprire la porta a una nuova abbondante fonte di combustibili sostenibili. Un nuovo impianto che utilizza una serie di specchi per dirigere la luce solare verso un reattore solare in cima a una torre potrebbe essere un approccio 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", Aldo Steinfeld dell'ETH di Zurigo, che ha guidato la ricerca, ha detto in un comunicato stampa. "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".
La struttura, descritta in a carta dentro Joule, è dotato di 169 pannelli riflettenti per il rilevamento del sole che reindirizzano e concentrano la luce solare nel reattore solare arroccato in cima a una torre alta 49 piedi. Acqua e CO2 vengono pompate nel reattore solare, che contiene una struttura porosa fatta di ceria, un ossido del cerio metallico delle terre rare.
La ceria aiuta a guidare una reazione redox che sottrae ossigeno all'acqua e CO2 per creare una miscela di monossido di carbonio e idrogeno nota come syngas. La ceria non viene consumata da questo processo e può essere riutilizzata, mentre l'ossigeno in eccesso viene semplicemente rilasciato nell'atmosfera. Il syngas viene pompato lungo la torre in un convertitore gas-liquido, dove viene trasformato in combustibile liquido che contiene il 16% di cherosene e il 40% di diesel.
Utilizzando il calore del sole per guidare l'intero processo, la configurazione fornisce un modo per aggirare la notevole richiesta di elettricità degli approcci più convenzionali. Tuttavia, i ricercatori notano che l'efficienza del loro sistema è ancora relativamente bassa. Solo il quattro percento dell'energia solare catturata è stata convertita in energia chimica nel gas di sintesi, anche se vedono un percorso per aumentarla al di sopra del 15 percento.
Anche i livelli di produzione complessivi sono molto lontani da quelli che sarebbero necessari per intaccare la domanda di carburante dell'industria aeronautica. Nonostante l'impianto occupasse uno spazio equivalente a un piccolo parcheggio, è stato in grado di produrre 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 aumentare considerevolmente.
Ma questa è la dimostrazione su larga scala dell'utilizzo della luce solare per creare combustibili sostenibili fino ad oggi e, come sottolineano i ricercatori, l'impostazione è industrialmente realistica. Con ulteriori modifiche e molti investimenti, questo potrebbe un giorno offrire un modo promettente per garantire che i nostri voli siano meno onerosi per l'ambiente.
Credito immagine: ETH Zurigo
