I reattori a flusso solare trasformano l’anidride carbonica in combustibili
Trasformare l’anidride carbonica in combustibile utile sembra semplice, ma dal punto di vista chimico è un processo complesso. La sfida consiste nel far reagire l’anidride carbonica e l’acqua in modo selettivo, efficiente e per un periodo sufficientemente lungo da rendere un giorno questo processo significativo al di fuori del laboratorio. Il progetto NEFERTITI(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato un sistema di reattori alimentati ad energia solare per la produzione di combustibili liquidi a partire da anidride carbonica e acqua. Partendo dalla fotocatalisi – un processo in cui la luce attiva un catalizzatore per innescare una reazione chimica – ha testato reattori a flusso continuo anziché recipienti chiusi a batch. Il lavoro si inserisce nel più ampio contesto della ricerca europea sulla conversione solare dell’anidride carbonica e dell’acqua in composti policarboniosi.
I reattori a flusso solare hanno prodotto etanolo e altri combustibili
Il progetto mirava a integrare due reattori fotocatalitici, componenti per la raccolta della luce e un sistema di depurazione in un unico sistema convalidato al livello 4 di maturità tecnologica (TRL4), ovvero una tecnologia in fase iniziale su scala di laboratorio testata in un ambiente pertinente. Alla fine, il sistema ha dimostrato che la produzione poteva variare a seconda delle condizioni operative. Il coordinatore del progetto David González Gálvez, responsabile di area presso il Centro Tecnologico Leitat(si apre in una nuova finestra), spiega: «Al termine del progetto, il sistema integrato ha dimostrato di offrire una gamma di prodotti flessibile a seconda delle condizioni di reazione.» In determinate condizioni produceva etanolo e altri alcoli a catena più lunga; in altre, produceva metano, metanolo e acetone. L’etanolo si è rivelato l’obiettivo più realistico nel breve termine, poiché garantiva un equilibrio tra selettività, maturità del processo e rilevanza di mercato.
I reattori a flusso continuo hanno migliorato il controllo della produzione di combustibile
Una scelta fondamentale è stata quella di passare dalla chimica in batch al flusso continuo, in cui i reagenti attraversano il reattore in modo costante. Secondo González Gálvez, «il vantaggio principale dei reattori a flusso continuo è l’elevato livello di controllo che offrono rispetto ai sistemi discontinui». Questo è importante perché la distribuzione della luce, il trasferimento di calore e il contatto tra gas, liquidi e catalizzatori influiscono tutti sulla resa. Il progetto è inoltre passato dall’anidride carbonica disciolta in acqua all’anidride carbonica «umida», un flusso gassoso contenente vapore acqueo. Ciò ha reso disponibile una maggiore quantità di anidride carbonica per il catalizzatore e ha aumentato la velocità di reazione. Il compromesso è stato che il controllo dell’umidità è diventato uno dei problemi più difficili da affrontare nella prima fase della conversione.
Cosa manca ancora alla tecnologia dei combustibili solari prima di poter essere implementata su larga scala
Il processo integrato presenta ancora un collo di bottiglia: una bassa resa in entrambe le fasi di reazione. Anche quando la selettività nei confronti dell’etanolo e degli alcoli superiori è elevata, la produttività complessiva può rimanere limitata. A livelli di conversione più elevati, il sistema potrebbe orientarsi verso la produzione di metano, riducendo la resa dei prodotti liquidi desiderati. González Gálvez sottolinea il passo successivo: «Il passo successivo più ovvio per passare dal livello TRL 4 alla fase di valutazione industriale consiste nel migliorare sia le prestazioni che la durata». Nella maggior parte degli esperimenti è stata utilizzata luce artificiale controllata, mentre la luce solare naturale è stata testata principalmente per verificarne la stabilità. I lavori futuri dovranno quindi puntare a una maggiore stabilità a lungo termine dei catalizzatori, a una conversione più elevata senza compromettere la selettività dell’etanolo e a una comprensione più approfondita di come le variazioni dell’irraggiamento solare influenzino le prestazioni. Il progetto NEFERTITI non ha portato alla realizzazione di un impianto di produzione di combustibile pronto per il mercato. Tuttavia, ha fornito un percorso collaudato per integrare anidride carbonica, acqua, luce e chimica a flusso su un’unica piattaforma, oltre a offrire una visione più chiara di ciò che deve essere migliorato affinché la produzione di combustibili solari possa avvicinarsi all’uso industriale.
