SOLAR_JET: il progetto UE sul primo cherosene solare. Avviata la sperimentazione

Il Programma Quadro  di ricerca e sviluppo tecnologico (PQ), riguarda il settore della ricerca nell'ambito della Comunità Europea. Attraverso il Settimo Programma Quadro per lo sviluppo tecnologico (7PQ), del periodo 2007-2013,  l'UE finanzia dei progetti legati appunto alla ricerca. In questo PQ vengono definiti gli obiettivi, le priorità e le condizioni dell'intervento finanziario della Commissione Europea. All'interno di questo 7PQ  si trova il progetto Solar_Jet, che riguarda la produzione di cherosene sulla base di fonti rinnovabili come la luce, l'acqua (H2O) e l'anidride carbonica (CO2). Avviato nel 2011, ha ottenuto un finanziamento di circa 2,2 milioni di euro e la collaborazione di grandi colossi industriali  (come ad esempio Shell e Lufthansa).

(Solar-Jet, immagine del reattore solare - - Credit Foto: Solar-Jet)

Secondo i ricercatori i nuovi mezzi di produzione di carburante potrebbero rivoluzionare il futuro del trasporto aereo. Tuttavia questo procedimento potrebbe essere potenzialmente usato per produrre altri tipi di combustibili (come ad esempio il diesel, la benzina e l' idrogeno puro). L'obiettivo dello studio è quello di riuscire a fornire un carburante pulito da usare sia per gli aerei sia  per altri mezzi di trasporto ( automobili, camion, ecc.).

(La meta è quella di realizzare combustibile puro  generato da fonti rinnovabili adatto
a tutti i mezzi di trasporto,a iniziare dagli aeroplani - Credit Foto: Elvis Santana)  

Il dottor Andreas Sizmann, coordinatore del progetto al Bauhaus Luftfahrt, ha spiegato che con l'aumentare dei problemi di sicurezza ambientale e di approvvigionamento il settore dell'aviazione sta cercando carburanti alternativi che possano essere interscambiabili  con il carburante degli  aerei di oggi, le cosiddette "soluzioni drop-in" (i biocarburanti drop-in possono essere utilizzati come sostituti diretti di benzina, diesel, cherosene o integrati).  Il progetto Solar-Jet ha fatto un passo importante verso combustibili che siano realmente sostenibili con materie prime virtualmente illimitate in futuro. In questo senso, si vuole utilizzare proprio uno dei principali responsabili dell'effetto serra, l'anidride carbonica, trasformandola in una risorsa utile.
Il nuovo approccio si concentra sulla valutazione del potenziale tecnologico, sull'idoneità del combustibile e sulla scalarità economica e tecnologica. 

(Schema di un ciclo termochimico solare in due fasi per H2O/CO2,
basato su reazioni di ossido di metallo redox-  Credit Foto: PREC)

Si è ancora ai primissimi step di questa ricerca, per cui la fase è ancora sperimentale. Significa, quindi, che i processi che hanno portato al primo risultato sono fatti in laboratorio simulandoli. Si è riusciti, così, a produrre un bicchiere di carburante. 

Come avviene il processo. Esso si può schematizzare in due step.
Per prima cosa  viene riprodotta in laboratorio una luce concentrata tale da ricreare le alte temperature del Sole. Il primo stadio del ciclo solare termochimico, vede il verificarsi dell'ossidoriduzione (o redox) della ceria per produrre gas di sintesi, chiamato syngas, a partire da CO2 e acqua, ottenuta grazie ad una maggiore efficienza di conversione dell'energia. Il procedimento avviene in una cavità  del reattore solare, che contiene un cilindrico monolitico poroso di ceria. La radiazione solare concentrata entra attraverso  un'apertura munita di finestre e incide sulle pareti interne di ceria. I materiali a base di ossidi metallici che si trovano dentro sono sviluppati nell'ETH di Zurigo.  I gas reagenti  scorrono radialmente attraverso la porosa ceria, mentre i gas prodotti escono dalla cavità attraverso una porta di sbocco assiale.

(Schema del reattore solare. Freccia rossa indica la riduzione di ceria (evoluzione dell'ossigeno).
Freccia blu indica l'ossidazione (produzione di combustibile) - Credit Foto: Solar-Jet)

Il sygas (idrogeno e monossido di carbonio), nel secondo stadio del procedimento,  viene convertito in cherosene dalla Shell, che impiega un processo chimico industriale, Fischer-Tropsch,  già in uso nella produzione di combustibili sintetici o olio sintetico da miscele gassose (monossido di carbonio e idrogeno). Grazie ad un catalizzatore (cobalto metallico, ossido di magnesio, ecc.) avviene la reazione chimica desiderata.   

Il professore Aldo Steinfeld, che ha portato la ricerca di base e lo sviluppo del reattore solare presso l'ETH di Zurigo, ha dichiarato che le caratteristiche tecnologiche del reattore solare aumentano il trasferimento del calore delle radiazioni e la veloce reazione cinetica, che sono cruciali per massimizzare l'efficienza della conversione dell'energia solare in carburante.

In questo processo, mentre la parte dell'impiego dell'energia solare è nuova, la produzione del syngas a cherosene è invece in circolazione e commercializzata da un po' di tempo. Combinando i due step si aprono le porte verso nuove possibilità, creando un percorso potenziale di fornitura sostenibile e scalabile del carburante rinnovabile. A determinarne la fattibilità sarà logicamente l'economica.  

(SOLAR_JET, raffigurazione cartonata del processo - Credit Foto: Solar-Jet)

Il professor Hans Geerlings della  Shell ha osservato che il procedimento è molto interessante. Sebbene le singole fasi del processo siano state precedentemente dimostrate, non vi era stato alcun tentativo di integrazione. Per cui l'azienda Shell è ansiosa di lavorare con i partner del progetto per guidare la ricerca e lo sviluppo in avanti nella prossima fase.  Il metodo Fischer-Tropsch ha prodotto combustibili certificati che potrebbero essere usati dai veicoli senza ulteriori cambiamenti.
Questo processo fornisce un approvvigionamento sicuro, sostenibile e scalabile del carburante rinnovabile. La rapida adozione rifornirà le industrie aeronautiche europee, con un vantaggio competitivo nel mercato globale.

(P. Furler e A.Steinfeld durante indagine sperimentale del reattore termochimico solare
sotto la simulata radiazione solare concentrata - Credit Foto: PREC)

Il progetto ha dimostrato, sebbene su scala di laboratorio, la fattibilità di un processo che combina luce solare concentrata con CO2 e H2O per produrre cherosene, accoppiando due fasi del ciclo termochimico solare, basato su reazioni redox ceria non stechiometrici con il processo Fischer – Tropsch. Tutti i collaboratori all'interno di Solar-Jet offrono tutte le competenze necessarie per il raggiungimento degli obiettivi, tra cui:  un esclusivo simulatore solare di alto-flusso, un computer e un software per la simulazione e quindi la riduzione significativa del numero di esperimenti, un'unità di Fischer – Tropschper per la produzione del primo cherosene solare.

(SOLAR-JET, logo - Credit Foto: Solar-Jet)

Dopo quattro anni, Solar-Jet ha consegnato dei risultati: un'alternativa di vasta portata per la produzione di cherosene (e potenzialmente altri carburanti) senza l'uso del carbonio e la dimostrazione di processi innovativi validi che riducano i rischi nell'investimento a lungo termine  e di tecnologie fondamentali per la produzione di questi carburanti. 

Fonti:
Solar Jet
PRE-ETHZ
Clean techinica

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