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Trasformare il gas naturale in verde
Il carbone può essere l'uomo sporco del mondo energetico, ma non è l'unico combustibile fossile che cerca di ripulire il suo atto. Una startup canadese afferma di aver sviluppato un modo per eliminare il carbonio dal metano, ottenendo gas naturale arricchito di idrogeno che brucia in modo più pulito ed efficiente.
Gas verde: Il reattore al plasma di Atlantic Hydrogen (mostrato qui) separa l'idrogeno e il carbonio solido da un flusso di gas naturale utilizzando cariche elettriche pulsanti.
Idrogeno Atlantico , con sede nella provincia canadese del New Brunswick, scommette che il suo gas naturale più verde attirerà i servizi pubblici e i clienti industriali che cercano di ridurre le emissioni di gas serra nell'ambito di un imminente regime di cap-and-trade. Ma un ulteriore vantaggio finanziario verrebbe dal polveroso carbone nero che viene estratto dal flusso di gas. Se possiamo ottenere un valore per il carbonio che è anche nell'ordine delle migliaia di dollari per tonnellata, allora abbiamo un modello economico molto convincente, afferma David Wagner, presidente della società di sette anni.
Il nerofumo viene utilizzato come pigmento negli inchiostri e nelle materie plastiche e per rinforzare i prodotti in gomma, come pneumatici e tubi flessibili industriali. In genere è realizzato bruciando parzialmente olio pesante su una fiamma alta e filtrando le particelle di carbonio nel fumo nero risultante. Questo processo, in media, emette circa 2,4 tonnellate di anidride carbonica per tonnellata di nerofumo.
Atlantic Hydrogen afferma che può produrre nerofumo di elevata purezza con una frazione delle emissioni e allo stesso tempo ridurre parzialmente il contenuto di carbonio del gas naturale. L'approccio, che l'azienda chiama cattura e utilizzo del carbonio, utilizza meno energia di quella tipicamente associata alle tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio.
Il cuore del suo approccio è un sistema di reattore al plasma che l'azienda chiama CarbonSaver; opera a una temperatura compresa tra 1.500 e 2.500 °C e può essere posizionato in vari punti lungo una condotta: nelle centrali di compressione, negli stoccaggi sotterranei, nelle porte cittadine che portano il gas nelle abitazioni e nelle imprese, nelle centrali elettriche e nei siti industriali che ricevono gas naturale.
All'interno del reattore, una torcia al plasma proprietaria emette una carica mentre il gas naturale scorre, separando l'idrogeno dal metano e trasformando il carbonio in un solido simile al toner delle fotocopiatrici. L'idrogeno quindi si ricongiunge e si lega al flusso di metano, dando luogo al gas naturale arricchito. Il processo può essere regolato per miscelare una miscela dal 10 al 20 percento di idrogeno, e il gas naturale rischia di rendere fragili e instabili le condutture e le apparecchiature.
Un progetto pilota triennale da 5,7 milioni di dollari completato a marzo ha fornito 75 kilowatt di potenza, mostrando risultati promettenti. Il sistema produceva circa 25 metri cubi di gas naturale all'ora con una miscela di idrogeno al 10%. I test hanno rilevato che il motore utilizzato ha funzionato in modo più efficiente del 5% e che le emissioni di CO2 sono diminuite del 7%. L'aumento del contenuto di idrogeno nel gas naturale ha portato a una combustione più completa, riducendo gli ossidi di azoto. Atlantic Hydrogen vede il potenziale per ridurre gli ossidi di azoto di oltre il 50%.
Atlantic Hydrogen sta ora lavorando con il più grande produttore di gas naturale del Canada, con sede a Calgary EnCana Corp , su un sistema in scala che può funzionare a pressioni più elevate. Ha già dimostrato che il sistema può funzionare a 150 libbre per pollice quadrato con il potenziale per andare molto più in alto. EnCana ha già impegnato 3 milioni di dollari per il progetto. Hanno avuto un grande successo nell'affrontare le pressioni operative di cui avremmo bisogno nelle nostre applicazioni sul campo, afferma Larry Weiers, vice presidente della tecnologia energetica e della ricerca di EnCana. La nostra aspettativa è che questo gas naturale arricchito con idrogeno sarà un prodotto premium, un po' come la benzina premium.
Alcuni non sono convinti che il processo abbia le gambe, però. Esperto di cattura del carbonio David Keith , un professore di ingegneria chimica e petrolifera presso l'Università di Calgary, afferma che il gas naturale arricchito di idrogeno sarà meno denso di energia a causa della precattura del carbonio. Stai buttando via metà dell'energia nel carbonio, quindi non credo che avrà mai un'ampia applicazione, dice.
Ma Weiers sostiene che la riduzione della densità di energia è parzialmente compensata dai guadagni di efficienza durante la combustione, ovvero l'idrogeno consente una combustione più completa del gas. E mentre il funzionamento di CarbonSaver richiede elettricità, i miglioramenti alla torcia al plasma hanno reso il processo competitivo con l'energia necessaria per il reforming del metano a vapore, che produce circa il 95% dell'idrogeno utilizzato oggi negli Stati Uniti e rilascia circa otto tonnellate di CO2 per ogni tonnellata di idrogeno prodotta.
La differenza con noi è che non rilasciamo CO2 dal nostro processo, afferma Wagner, aggiungendo che i vantaggi del processo sono chiari quando si esaminano le emissioni del ciclo di vita.
Felipe Chibante , direttore del laboratorio di nanotecnologia applicata presso l'Università del New Brunswick, è stato incaricato di analizzare le proprietà fisiche del nerofumo che fuoriesce dal reattore al plasma. Dice che la produzione e l'uso finale del nerofumo sono ciò che rende il processo di Atlantic Hydrogen più avvincente rispetto ad altri approcci di mitigazione del carbonio. La tua scelta è pagare qualcuno per rimuovere la CO2 e seppellirla e perdere quel valore, o prendere quel carbonio per fare un prodotto. Quello che stai facendo è sostituire il prodotto nerofumo [prodotto in modo convenzionale] che crea CO2.
Chibante e il suo team di ricerca stanno lavorando con il produttore di nerofumo Prodotti chimici colombiani per identificare un mercato per il carbonio di Atlantic Hydrogen, che ha nanostrutture di carbonio molto interessanti che semplicemente non vediamo dalla produzione industriale, dice. Un primo studio mostra che il materiale ha un'elevata area superficiale e sottili strutture a filo di pollo chiamate pile di grafene, che lo rendono potenzialmente ideale nella produzione di batterie e ultracondensatori ad alte prestazioni e per prodotti strutturalmente rinforzati.