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Dimostrazione di un riciclatore di CO2
I ricercatori dei Sandia National Laboratories hanno dimostrato con successo un prototipo di macchina che utilizza l'energia del sole per convertire l'acqua e l'anidride carbonica negli elementi costitutivi molecolari che costituiscono i combustibili per i trasporti. Il Dal sole al petrolio Il sistema potrebbe in definitiva rivelarsi un modo pratico per riciclare la CO₂ dagli impianti energetici e industriali in benzina, diesel e carburante per aerei, supponendo che il processo possa diventare almeno due volte più efficiente della fotosintesi naturale.
Dal sole al syngas: Questo prototipo, noto come CR5, è stato progettato dai ricercatori Sandia per convertire l'anidride carbonica in monossido di carbonio o l'acqua in idrogeno, utilizzando l'energia solare concentrata. Il monossido di carbonio e l'idrogeno possono essere combinati in seguito per produrre syngas, un elemento costitutivo della maggior parte dei carburanti per il trasporto. Il primo prototipo funzionante, mostrato sopra, ha dimostrato che il processo funziona, ma sono in corso sforzi per renderlo più efficiente.
Fino a poco tempo, il sistema era stato convalidato in laboratorio solo in piccoli lotti. Una macchina dimostrativa costruita a mano è stata testata con successo questo autunno. Questo è un prototipo unico nel suo genere che stiamo valutando, afferma il ricercatore di Sandia Rich Diver, inventore del dispositivo.
A breve termine lo vediamo come un'alternativa al sequestro, afferma James Miller, un ingegnere chimico con Il laboratorio di materiali avanzati di Sandia . Invece di pompare semplicemente CO2 nel sottosuolo per lo stoccaggio permanente, afferma Miller, l'abbondante energia del sole può essere utilizzata per ottenere una combustione inversa che essenzialmente trasforma l'anidride carbonica in un combustibile. È un utilizzo produttivo della CO2 che potresti catturare da una centrale a carbone, un birrificio e simili fonti concentrate.
La macchina metallica cilindrica, chiamata Recuperatore del reattore ricevitore ad anello controrotante (CR5), si basa sul calore solare concentrato per innescare una reazione termochimica in un materiale composito ricco di ferro. Il materiale è progettato per cedere una molecola di ossigeno quando esposto a calore estremo e quindi recuperare una molecola di ossigeno una volta che si è raffreddata.
La macchina è progettata con una camera su ciascun lato. Un lato è caldo, l'altro freddo. Al centro c'è una serie di 14 anelli simili a frisbee che ruotano a un giro al minuto. Il bordo esterno di ciascun anello è costituito da un composito di ossido di ferro supportato da una matrice di zirconio. Gli scienziati usano un concentratore solare per riscaldare l'interno di una camera a 1.500 ºC, facendo sì che l'ossido di ferro su un lato dell'anello ceda le molecole di ossigeno. Quando il lato interessato dell'anello ruota verso la camera opposta, inizia a raffreddarsi e l'anidride carbonica viene pompata all'interno. Questo raffreddamento consente all'ossido di ferro di sottrarre molecole di ossigeno alla CO₂, lasciandosi dietro il monossido di carbonio. Il processo viene ripetuto continuamente, trasformando una fornitura di CO2 in entrata in un flusso di monossido di carbonio in uscita.
Miller afferma che lo stesso processo può essere utilizzato per produrre idrogeno, con l'unica differenza che l'acqua, invece dell'anidride carbonica, viene pompata nella seconda camera. I due gas recuperati separatamente, idrogeno e monossido di carbonio, vengono quindi miscelati insieme per creare syngas, che può essere utilizzato per sostituire i combustibili tradizionali, afferma Miller.
Diver originariamente progettato la macchina con l'economia dell'idrogeno in mente. L'idea era quella di evitare l'inefficienza dell'elettrolisi e costruire invece un motore termico solare in grado di produrre direttamente idrogeno e ossigeno, eliminando l'elettricità come intermediario. È un approccio perseguito anche da ricercatori in Giappone, Francia e Germania.
Ma il team di Sandia si è presto reso conto che lo stesso processo potrebbe trasformare la CO2 in monossido di carbonio. Anche se l'economia dell'idrogeno non è decollata, hanno ancora un modo per produrre i combustibili da cui dipendiamo oggi in un modo che limita l'impatto della combustione di carbone e gas naturale per l'elettricità e altri processi industriali.
Diver dice che la sfida ora è migliorare l'efficienza del sistema. Se il team di Sandia può dimostrare una maggiore efficienza, potrebbe essere un significativo passo avanti, ha affermato Vladimir Krstic , direttore del Center for Manufacturing of Advanced Ceramics and Nanomaterials presso la Queen's University di Kingston, Ontario.
Gli scienziati calcolano che ci vorranno dai 15 ai 20 anni prima che la tecnologia sia pronta per il mercato. Nel frattempo, l'obiettivo è sviluppare ogni tre anni un prototipo di nuova generazione che mostri un aumento dell'efficienza di conversione da solare a combustibile e una diminuzione dei costi. Parte di ciò verrà dallo sviluppo di nuovi compositi ceramici che rilasciano molecole di ossigeno a temperature più basse, consentendo la conversione di più energia solare in idrogeno o monossido di carbonio.
Il nostro obiettivo a breve termine è quello di raggiungere una percentuale di efficienza ridotta, afferma Miller. Potrebbe sembrare un numero basso, ma ci piace paragonarlo alla fotosintesi, che in realtà è un modo molto inefficiente di usare la luce solare.
Dice che l'efficienza massima teorica per la fotosintesi è di circa il 5%, ma nel mondo reale tende a scendere a circa l'1%. Quindi potremmo iniziare molto in basso, ma vorremmo mantenerlo nel contesto di ciò che dobbiamo battere. In definitiva, crediamo di dover raggiungere il range del 10 percento dalla luce solare ai combustibili, e siamo molto lontani dal farlo.