Un recente studio condotto dall'Università Jiao Tong di Shanghai ha presentato un innovativo reattore a letto fluido progettato per migliorare il contatto tra gas e particelle solide, aumentando notevolmente l'efficienza del processo di mineralizzazione
di Daniele Di Vaia
Come rendere le tecnologie di cattura e sequestro dell’anidride carbonica (CCUS) ancora più sostenibili ed economiche? L’ultimo aiuto in tal senso arriva da un gruppo di ricercatori dell’Università Jiao Tong di Shanghai, creatori di nuovi reattori per la mineralizzazione della CO2 assieme a ceneri volanti, un rifiuto industriale.
Scenari CCUS: Prospettive Rivoluzionarie per la Riduzione della CO2
Bloomberg New Energy Finance stima che più di 7 Gigaton (Gt) di CO2 dovranno essere catturati dalle tecnologie CCUS entro il 2050 per raggiungere gli obiettivi dell’accordo sul clima di Parigi. Secondo uno studio della IEA, negli ultimi anni i progressi sono aumentati notevolmente, con oltre 700 progetti in varie fasi di sviluppo. Nel 2023, la capacità di cattura annunciata per il 2030 è aumentata del 35%, mentre la capacità di stoccaggio del 70%.
Questi dati indicano che nel 2030 si potrebbero catturare circa 435 milioni di tonnellate (Mt) di CO 2 all’anno, con una capacità di stoccaggio di circa 615 Mt di CO2 nello stesso periodo. Nonostante questi progressi siano sempre più significativi, rappresentano ancora circa il 40% (e il 60%, rispettivamente) dell’obiettivo di 1 Gt di CO2 all’anno che dovrebbe essere catturata e immagazzinata secondo lo scenario Net Zero Emissions by 2050 (NZE).
Le attuali tecnologie di cattura, utilizzo e stoccaggio dell’anidride carbonica devono superare sfide di
efficienza e costi. Tuttavia, la mineralizzazione della CO2, che converte l’anidride carbonica in
minerali stabili come i carbonati, rappresenta una soluzione vincente. Questo innovativo processo è in grado di trasformare i rifiuti industriali (come le ceneri volanti) in risorse preziose, riducendo significativamente le emissioni e potenziando notevolmente l’efficienza delle tecnologie CCUS.
La soluzione vincente da Shangai
I reattori attuali presentano difficoltà nell’ottimizzare l’interazione tra particelle solide (come le
ceneri volanti) e i gas (come l’anidride carbonica). Un buon reattore dovrebbe garantire un lungo
tempo di contatto ed una distribuzione omogenea dei 2 elementi, per massimizzare la reattività
chimica e l’assorbimento della CO2, migliorando così la performance complessiva del processo di
mineralizzazione.
La ricerca dell’Università Jiao Tong di Shanghai sui reattori di mineralizzazione delle ceneri volanti è
stata pubblicata sulla rivista Energy Storage and Saving il 7 maggio 2024. L’obiettivo di questo studio è di superare le attuali limitazioni nelle interazioni gas-particelle all’interno dei moderni reattori a letto fluido.
Attraverso simulazioni numeriche avanzate di fluidodinamica computazionale, è stato sviluppato un
reattore appositamente progettato per il processo di mineralizzazione. Queste simulazioni
permettono di modellare e analizzare con precisione l’interazione tra diverse combinazioni di gas e
particelle.
Grazie al design meticoloso dell’iniettore, il processo di contatto tra i gas e le particelle solide è stato
migliorato significativamente. Rispetto ai progetti convenzionali, il reattore con ingresso a impatto
prolunga il tempo di contatto delle particelle fino a circa 8 volte. Questo aumento del tempo di
contatto facilita il processo di mineralizzazione, permettendo alle ceneri volanti di reagire in modo
più efficiente con la CO2.
Sono stati eseguiti calcoli per ottimizzare i parametri operativi del reattore in modo da massimizzare
la reazione di mineralizzazione. La velocità ottimale di ingresso dei fumi è risultata compresa tra 20 e
25 metri al secondo (m/s), mentre la velocità ottimale di ingresso del gas di trasporto è stata
identificata tra 9 e 15 (m/s). Questi intervalli di velocità garantiscono tempi di reazione prolungati,
che sono cruciali per la mineralizzazione efficace della CO2. Inoltre, assicurano l’efficace separazione delle particelle di ceneri volanti mineralizzate dal flusso dei fumi, migliorando l’efficienza complessiva del processo.
Lo studio portato avanti dai ricercatori di Shangai rappresenta un significativo progresso nella progettazione e ottimizzazione dei reattori a letto fluido per la mineralizzazione dell’anidride carbonica.
Il Dott. Liwei Wang, principale autore dello studio, ha dichiarato: “Questo lavoro non solo promuove la gestione sostenibile dei rifiuti, ma offre anche una strategia pratica per ridurre le emissioni di carbonio industriali, in linea con le iniziative globali per l’azione climatica.” Gli obiettivi futuri mirano a ottimizzare ulteriormente l’interazione tra le particelle di ceneri volanti e il flusso dei gas di combustione.
