Nuove ricerche migliorano i processi per trasformare la CO2 in carburanti riutilizzabili. Dal reattore con accumulo di Synhelion ai nanofili di nitruro di gallio per la fotosintesi artificiale, creati dall'Università del Michigan
Gli ultimi progressi scientifici e commerciali sui “Solar Fuel”
Riuscire a produrre combustibili solari sfruttando la CO2, atmosferica o industriale, continua ad essere un sogno vivido per il mondo della ricerca e per il percorso mondiale verso la neutralità del carbonio. Negli ultimi anni diversi studi di settore hanno provato a trasformarlo in realtà con tecnologie e risultati differenti. Per ora quasi nessun approccio ha raggiunto la maturità commerciale, ma i progressi non si sono mai arrestati. Lo dimostrano da ultimo due innovazioni messe a punto da un gruppo di ricercatori dell’Università del Michigan e da Synhelion, spin-off del Politecnico Federale di Zurigo ETH.
I lavori si sono focalizzati su due diversi approcci produttivi: un processo fotochimico basato su un sistema di fotosintesi artificiale nel primo caso; un processo termochimico solare nel secondo. Entrambi sono riusciti ad ottenere interessanti passi avanti, che vale la pena osservare da vicino.
Produrre combustibili solari con la fotosintesi artificiale
Il professore di ingegneria elettrica Zetian Mi e il suo gruppo di colleghi dell’Università del Michigan hanno migliorato la sintesi fotoelettrochimica di idrocarburi a partire da anidride carbonica, luce solare e acqua. Come? Trovando un modo per concatenare insieme gli atomi di carbonio e stabilizzarli in maniera efficiente. Il segreto è un nuovo catalizzatore a cluster di rame accoppiato con un fotocatodo, composto a sua volta da una miriade di nanofili in nitruro di gallio su una base di silicio
Quando il fotocatodo è immerso in acqua arricchita di CO2 ed esposto ad una luce equivalente a quella del sole a mezzogiorno, l’energia solare assorbita dallo stesso libera elettroni che scindono l’acqua vicino alla superficie dei nanofili. Ciò crea idrogeno e ossigeno. “Il rame è bravo ad aggrapparsi all’idrogeno e ad afferrare il carbonio dell’anidride carbonica, trasformandolo in monossido di carbonio”, spiega l’ateneo in una nota stampa. A questo punto il catalizzatore facilita il legame tra l’idrogeno e due molecole di monossido di carbonio per creare etilene, rilasciando ossigeno.
Il tutto dimostrando un’efficienza, una resa e una longevità decisamente superiori ad altri sistemi di fotosintesi artificiale. “Le prestazioni, ovvero l’attività e la stabilità, sono circa cinque o sei volte migliori di quanto solitamente riportato […] per la riduzione dell’anidride carbonica in etilene tramite luce”, ha affermato Zetian Mi.
Il dispositivo per produrre combustibili solari del team ha funzionato per 116 ore senza rallentare e il gruppo ha fatto funzionare dispositivi simili per 3.000 ore. la ricerca è stata pubblicata su Nature Synthesis (testo. in inglese).
Produrre carburanti solare grazie al reattore solare con accumulo
Tutt’altro approccio quello seguito da Synhelion. A giugno di quest’anno la società ha inaugurato in Germania DAWN, il primo impianto industriale al mondo per la produzione di combustibili solari. Si tratta di un progetto eccezionale, in grado di funzionare 24 ore su 24. Vale a dire anche quando effettivamente il sole non splende in cielo. Il “trucco”? Un innovativo sistema di accumulo integrato al reattore termochimico, che impiega mattoni sviluppati ad hoc dall’ente di ricerca Empa e da Synhelion.
DAWN sfrutta un grande campo di specchi che concentrano la luce del sole su un ricevitore, convertendola in calore di processo ad alta temperatura (1.200 °C). Il calore viene quindi immesso nel reattore termochimico che contiene acqua e CO2, per produrre syngas (una miscela di idrogeno e mo). Il surplus viene immesso invece nel sistema di accumulo di energia termica, una camera di diversi metri cubi riempita con speciali mattoni refrattari. Durante la notte, questo serbatoio fornisce calore al reattore e lo mantiene in funzione.
Per gli impianti futuri, Synhelion ed Empa vogliono sviluppare ulteriormente il materiale d’accumulo e renderlo ancora più resistente e longevo. La società sta anche pianificando un secondo impianto per la produzione di combustibile solare, da realizzare in Spagna a partire dal 2025.
