La prossima rivoluzione solare potrebbe alimentare la produzione di cemento con la luce solare
I processi industriali che sorreggono la civiltà moderna sono complessi e molteplici, tuttavia, condividono un elemento chiave, ovvero la necessità di grandi quantità di calore, che a sua volta richiede vertiginose quantità di combustibile per la sua produzione. Il calore è un fattore fondamentale per le operazioni industriali, sebbene venga trascurato il fatto che costituisca una fonte crescente di emissioni di gas serra.
E se invece potessimo utilizzare il calore del sole?
Il progetto SOLPART, finanziato dall’UE, è un buon esempio di come l’energia solare termica possa sfociare in nuove applicazioni svincolandosi dal settore cardine della tecnologia per la produzione di elettricità e il riscaldamento dell’acqua. L’energia solare termica può inoltre fornire calore privo di carbonio per una vasta gamma di processi industriali. I ricercatori coinvolti nel progetto hanno progettato con successo due reattori solari differenti, ognuno dei quali in grado di funzionare a 750-950 °C per la trasformazione di varie materie prime utili dal punto di vista industriale, tra cui pietra calcarea, fosfato e farina cruda per la produzione del cemento. I reattori solari prodotti erano rispettivamente un forno rotativo e un letto fluidizzato (una specie di tritatutto per le rocce). Il progetto SOLPART ha inoltre commissionato la realizzazione di un reattore su scala pilota con una potenza compresa tra i 40 kW e 60 kW, capace di trattare 20 kg/h di carbonato di calcio (CaCO3). La decomposizione provocata dal riscaldamento ad alte temperature (calcinazione) del carbonato di calcio (CaCO3) per trasformarlo in calce (CaO) e CO2 rappresenta il primo passo verso la produzione del cemento. La qualità della calce solare prodotta dalla calcinazione del CaCO3 su scala pilota corrispondeva agli standard di qualità industriali. Inoltre, per la prima volta, i ricercatori hanno comprovato la ben riuscita calcinazione del fosfato marocchino su scala pilota adoperando un reattore a letto fluidizzato, con tassi di conversione oltre il 99 %.
Il calore solare potrebbe sostituire i combustibili fossili impiegati nella produzione di cemento e calce
«Il progetto SOLPART usa l’energia solare come sostituto dell’energia proveniente dai combustibili fossili nella lavorazione dei materiali industriali. La fornitura di calore è responsabile del 40 % delle emissioni di CO2 rilasciate durante la calcinazione del CaCO3, il che può essere del tutto evitato sostituendo i combustibili fossili con il calore solare», afferma Gilles Flamant, coordinatore del progetto. L’idea dietro alla tecnologia solare termica può sembrare apparentemente semplice: la luce del sole è catturata e concentrata tramite specchi e convogliata in un ricevitore termico. I ricercatori del progetto hanno saltato il passaggio relativo alla produzione di elettricità che prevedeva il riscaldamento di un fluido e al suo posto hanno impiegato il calore solare per alimentare direttamente un reattore a forno rotativo e un letto fluidizzato (o indirettamente tramite una parete di assorbimento). La produzione tradizionale del cemento avviene tramite il riscaldamento di una miscela di pietra calcarea (CaCO3) e altri ingredienti a temperature fino i 1 500 °C adoperando ingenti quantità di combustibili carboniosi. «Al momento, può non risultare facile raggiungere temperature così elevate tramite l’energia solare termica (solare a concentrazione). Tuttavia, il primo passaggio da compiere nel processo di produzione del cemento (la decomposizione del CaCO3) richiede temperature inferiori, pari a circa 900 °C ed è proprio in questa fase che si verificano le maggiori emissioni di CO2», spiega Flamant. Per adesso, il sistema pilota ideato dal progetto SOLPART costituisce una validazione sperimentale straordinaria di un concetto futuristico. L’alimentazione a luce solare per la produzione del cemento richiede qualche tipo di accumulo dell’energia affinché non debba unicamente fare affidamento sulla disponibilità di luce solare. Inoltre, affinché questo processo possa dimostrarsi davvero efficace, sarebbe necessario che riuscisse a riscaldare una quantità maggiore di pietra calcarea, passando dai pochi chilogrammi pilota di questo progetto a diverse migliaia di chilogrammi al giorno.
Parole chiave
SOLPART, cemento, calce, calcinazione, calore solare, CO2, letto fluidizzato, forno rotativo, pietra calcarea
