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Reattori per biocarburanti più piccoli ed economici
I ricercatori dell'Università del Minnesota hanno sviluppato un modo rapido per convertire la segatura e la biomassa di scarto direttamente in una miscela di gas che può essere bruciata per generare elettricità o trasformata in combustibili liquidi come il diesel. Se il processo può essere ampliato, potrebbe essere un metodo più efficiente dal punto di vista energetico per produrre biocarburanti consentendo reattori piccoli e veloci situati vicino a fonti di biomassa.
Catalizzatore incandescente: Un letto di catalizzatore si illumina mentre converte particelle di cellulosa (bianche) di dimensioni millimetriche in una preziosa miscela di gas.
I ricercatori hanno sviluppato un sistema che consente di trasformare i solidi direttamente in un'utile miscela di gas. Il processo inizia quando particelle di dimensioni millimetriche entrano in contatto con una superficie porosa da 700 a 800 gradi Celsius e formano istantaneamente una miscela di composti gassosi. Questi interagiscono con un catalizzatore costituito dal prezioso metallo rodio che facilita reazioni di ossidazione parziale che mantengono caldo il sistema e convertono i gas in idrogeno e monossido di carbonio. Questa miscela di gas, chiamata syngas o gas di sintesi, può quindi essere bruciata in una turbina a gas per produrre elettricità, oppure purificata e trasformata in una serie di combustibili diversi utilizzando processi ben noti.
La chiave del nuovo processo è un letto catalizzatore con il giusto tipo di struttura porosa per mantenere le temperature e il movimento dei materiali necessari per le reazioni chimiche. Il sistema risultante scompone la biomassa in soli 70 millisecondi. È dieci volte più veloce di altri metodi per produrre syngas, afferma Lanny Schmidt , professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali presso l'Università del Minnesota. Idealmente, ciò significa che un reattore con un dato volume potrebbe produrre dieci volte la quantità di syngas utilizzando il nuovo metodo rispetto a quanto potrebbe utilizzare i metodi convenzionali. O in altre parole, potrebbe consentire reattori di un decimo delle dimensioni, dice.
L'approccio catalitico è uno dei numerosi metodi in via di sviluppo che potrebbero convertire fonti economiche di biomassa cellulosica, come segatura, erba e rifiuti agricoli, in combustibili liquidi. Non è ancora chiaro quale delle due ampie categorie di approcci sarà più pratico, metodi termochimici, come quello di Schmidt, o metodi che utilizzano enzimi e organismi. I metodi termochimici sono costosi ma hanno il potenziale vantaggio di poter utilizzare una serie di materiali di partenza diversi, mentre i sistemi biologici dovranno probabilmente essere messi a punto per particolari materie prime.
Ma la capacità di realizzare reattori più piccoli per convertire la biomassa di scarto in syngas potrebbe aiutare ad affrontare una delle sfide più significative della produzione di combustibili dalla biomassa. Il trasporto di materiali ingombranti come trucioli di legno e rifiuti di mais su lunghe distanze verso le strutture centrali richiede molta energia, spesso sotto forma di combustibili fossili. Inoltre, rende il processo complessivo più costoso. Piccoli impianti di syngas distribuiti potrebbero ridurre questi costi di trasporto diminuendo la distanza che la biomassa deve essere spedita. I reattori distribuiti potrebbero anche essere preziosi nelle economie in via di sviluppo, afferma Schmidt, fornendo energia e carburante alle comunità che non dispongono di infrastrutture di trasporto affidabili.
L'accessibilità complessiva di un tale sistema dipenderà in parte dal fatto che il rodio, che può costare fino a $ 6.000 l'oncia, possa essere utilizzato in quantità sufficientemente piccole e per periodi di tempo sufficientemente lunghi. Anche il processo deve essere scalato, anche per piccoli sistemi distribuiti. In questo momento, il prototipo utilizza un letto catalizzatore sperimentale delle dimensioni del pollice di una persona. I ricercatori stimano che un sistema in grado di produrre abbastanza syngas per produrre 10 galloni di benzina al giorno richiederebbe un letto catalizzatore molte volte questa dimensione, circa 15 centimetri di diametro e 3 di profondità. Potrebbe rivelarsi difficile, dice Theodore Krause , capo delle scienze di base e applicate presso Laboratorio Nazionale Argonne , per realizzare un sistema più grande che rimanga veloce ed efficiente.
Sebbene le sfide rimangano, il sistema di Schmidt rappresenta un netto progresso nella scienza della produzione di combustibili dalla biomassa, afferma Krause. Nel dimostrare la capacità di convertire i solidi direttamente in syngas, aggiunge, la ricerca ha dimostrato qualcosa che la maggior parte delle persone avrebbe inizialmente supposto non fosse possibile.