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Elettricità da acqua zuccherata
Un nuovo modo per produrre idrogeno direttamente dalla biomassa, come l'olio di soia, riportato nell'attuale numero di Scienza , potrebbe ridurre il costo della produzione di energia elettrica utilizzando vari combustibili a basso costo.
Un catalizzatore metallico riscaldato a 800 °Celsius vaporizza l'olio di soia per produrre idrogeno. (Credito: Paul Dauenhauer, Università del Minnesota)
I ricercatori dell'Università del Minnesota hanno sviluppato un metodo catalitico per produrre idrogeno da combustibili come l'olio di soia e persino una miscela di glucosio e acqua. L'idrogeno potrebbe essere utilizzato nelle celle a combustibile ad ossido solido, che ora funzionano con idrogeno ottenuto da fonti di combustibili fossili come il gas naturale, per generare elettricità. Inoltre, regolando la quantità di ossigeno iniettata insieme all'olio di soia o all'acqua zuccherata, il metodo può essere adattato per produrre gas di sintesi, una combinazione di monossido di carbonio e idrogeno che può essere bruciato come combustibile o convertito in benzina sintetica. Il metodo può anche produrre materie prime chimiche, come le olefine, che possono essere trasformate in plastica.
Sebbene i risultati siano preliminari, il nuovo processo di catalisi rappresenta un modo fondamentalmente nuovo di utilizzare direttamente l'olio di soia e altre biomasse a basso costo come combustibili; tale biomassa deve ora essere convertita in biodiesel o etanolo per essere utilizzata come combustibile. In generale, le persone si sono tenute alla larga dai liquidi non volatili, materiali che non è possibile vaporizzare, poiché questi in genere producono un residuo di carbonio che interrompe il processo di produzione dell'idrogeno, afferma Ted Krause , capo del dipartimento di ricerca di base e applicata presso l'Argonne National Laboratory, ad Argonne, IL. Eliminando la necessità di trattare l'olio di soia e l'acqua zuccherata per produrre combustibili volatili come l'etanolo, il nuovo metodo apre il numero di materie prime disponibili per biomateriali, afferma.
Il processo inizia quando i ricercatori spruzzano goccioline fini di olio di soia o acqua zuccherata su un catalizzatore super caldo composto da piccole quantità di cerio e rodio. Il rapido riscaldamento combinato con le reazioni assistite dal catalizzatore previene la formazione di fanghi di carbonio che altrimenti disattiverebbero il catalizzatore. E le reazioni producono calore, mantenendo il catalizzatore abbastanza caldo da continuare la reazione. Di conseguenza, sebbene inizialmente vengano utilizzati combustibili fossili per portare i catalizzatori fino alla temperatura di esercizio di 800 °C, non sono necessari combustibili fossili per continuare il processo. Una delle virtù del nostro processo è che non richiede calore di processo esterno: si guida da solo, afferma il professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali Lanny Schmidt , che ha guidato la ricerca.
La chiave per la velocità delle reazioni sono le piccole goccioline. I processi esistenti per convertire i combustibili volatili, come l'etanolo o il biodiesel, in idrogeno sono più lenti perché i combustibili sono all'interno dei tubi e impiega fino a un secondo per trasferire il calore ad essi. Nel processo di Schmidt, le goccioline si riscaldano istantaneamente, in pochi millisecondi, e il sistema può essere più veloce, più economico e più piccolo, afferma. La velocità consente di produrre più carburante da un reattore più piccolo, riducendo i costi di capitale e rendendo potenzialmente pratico per un agricoltore l'utilizzo di un piccolo sistema in azienda.
Schmidt afferma che il processo potrebbe probabilmente essere adattato per funzionare con altre biomasse, come fanghi o polveri di erba o legno, che ora sono difficili da convertire in combustibili pratici per la generazione o il trasporto di elettricità a causa del loro alto contenuto di cellulosa. La capacità di creare idrogeno e syngas direttamente da fonti cellulosiche aumenterebbe notevolmente la quantità di combustibile che potrebbe essere ricavata dalla biomassa di scarto perché sarebbe possibile, ad esempio, utilizzare l'intero gambo di mais, anziché solo il glucosio derivato dai chicchi di mais, per carburante. Altri ricercatori stanno tentando di ingegnerizzare geneticamente organismi per convertire erba e stocchi di mais in combustibili liquidi come l'etanolo (vedi Riprogettare la vita per produrre etanolo).
Tali combustibili potrebbero aiutare a ridurre la dipendenza degli Stati Uniti dal petrolio estero e fornire una fonte rinnovabile di combustibile che non produca alcun aumento netto di anidride carbonica nell'atmosfera, poiché il carbonio rilasciato quando il combustibile viene bruciato viene ripreso dalla biomassa man mano che cresce.
Krause afferma che le applicazioni iniziali dell'attuale processo di Schmidt riguarderanno probabilmente la produzione di energia distribuita in piccole quantità, poiché la produzione su larga scala sarà una sfida. Ad esempio, controllare la dimensione delle goccioline e la temperatura del sistema per mantenere uniformi le reazioni ed evitare di danneggiare i catalizzatori sarà più difficile nei sistemi di grandi dimensioni.
Schmidt dice che non si sta concentrando sulla commercializzazione della tecnica attuale. Il suo prossimo obiettivo è sviluppare il sistema per lavorare con fonti di biomassa di scarto. Un giorno potrebbe essere possibile utilizzare un tale sistema per generare elettricità dai ritagli di prato.