Una soluzione all'intermittenza dell'energia solare

La combustione del gas naturale emette circa la metà dell'anidride carbonica rispetto alla combustione del carbone, ma produce comunque grandi quantità di gas serra nell'atmosfera. Un nuovo dispositivo in fase di sviluppo presso il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) potrebbe ridurre tali emissioni del 20% utilizzando il calore del sole per convertire il gas naturale in un combustibile alternativo chiamato syngas, un combustibile a basse emissioni di carbonio.

Combustibile solare: Un piatto parabolico concentra la luce solare in un prototipo di dispositivo che potrebbe essere utilizzato per aggiornare il gas naturale.

Il processo evita il problema dell'intermittenza dei pannelli solari, la cui resa dipende dalle condizioni atmosferiche e dall'ora del giorno. Il carburante prodotto dal nuovo dispositivo può essere immagazzinato e utilizzato ogni volta che è necessario per generare una fornitura costante di elettricità.

L'obiettivo dei ricercatori è utilizzare il dispositivo per produrre elettricità a sei centesimi per chilowattora di elettricità, che è competitivo con i combustibili fossili.

Il dispositivo utilizza un piatto parabolico per concentrare la luce del sole, producendo calore. Quel calore fornisce l'energia necessaria per trasformare il metano in syngas, che è una miscela di monossido di carbonio e idrogeno. L'acqua viene riscaldata per produrre vapore, che viene quindi utilizzato in un processo chiamato steam reforming, utilizzato nella raffinazione del petrolio e in altri processi industriali. Durante il steam reforming, il vapore reagisce con il metano, il principale componente del gas naturale, per formare syngas.

Il syngas può essere bruciato nelle centrali elettriche a gas naturale per generare elettricità. Il syngas può anche essere elaborato per produrre combustibili liquidi come il diesel: è più facile convertire il syngas in carburante liquido piuttosto che convertire il metano. Questo potrebbe essere utile per diminuire le importazioni di petrolio, ma i vantaggi delle emissioni di carbonio non sono chiari. I ricercatori non hanno ancora determinato se la tecnologia ridurrà le emissioni di carbonio rispetto al petrolio, in parte perché l'anidride carbonica viene emessa durante il processo di conversione del syngas in combustibile liquido.

Sebbene non elimini completamente le emissioni di anidride carbonica, è più vicino all'essere pratico di altri approcci all'utilizzo dell'energia solare per generare combustibili, afferma James Miller , il capo del programma Sunshine to Petrol presso il Sandia National Laboratory, che non è coinvolto nel lavoro al PNNL. Il reforming a vapore è un processo consolidato che non richiede innovazioni nei catalizzatori o nei materiali. [La tecnologia PNNL] è interessante perché è qualcosa che potrebbe essere potenzialmente fatto a breve termine per andare avanti nella riduzione delle emissioni di carbonio, dice.

Al contrario, Miller sta sviluppando una tecnologia che converte l'anidride carbonica e l'acqua in carburante diesel, che richiede molta più energia e nuovi materiali e richiederà più tempo per svilupparsi (vedi Trasformare l'anidride carbonica in carburante e dimostrare un riciclatore di CO2).

Un'alternativa alla nuova tecnologia consiste nell'utilizzare il vapore proveniente dalla luce solare concentrata per produrre direttamente elettricità tramite turbine a vapore. In un tale sistema, il calore può essere immagazzinato riscaldando sali fusi, che possono essere utilizzati per generare vapore dopo il tramonto del sole (vedi Energia solare economica di notte). Un potenziale vantaggio del nuovo approccio è che il syngas potrebbe essere utilizzato per generare elettricità o combustibili liquidi, a seconda di quale si dimostri più economico, afferma Robert Weeng , che dirige il lavoro al PNNL.

Il processo è più efficiente rispetto alla produzione di elettricità dai pannelli solari. Il primo prototipo immagazzina il 63% dell'energia della luce solare che lo colpisce sotto forma di energia chimica. Bruciare il combustibile in una centrale elettrica sprecherà circa la metà di quell'energia sotto forma di calore, portando l'efficienza complessiva a circa il 30%, ma è comunque il doppio dell'efficienza dei tipici pannelli solari. L'immagazzinamento dell'energia solare sotto forma di legami chimici nel syngas potrebbe rivelarsi più economico rispetto allo stoccaggio dell'energia nelle batterie, almeno nel prossimo futuro.

Tuttavia, è probabile che il sistema nella sua forma attuale sia ancora troppo costoso per competere con i combustibili fossili. Per ridurre i costi, i ricercatori stanno lavorando per migliorare ancora di più l'efficienza, il che aumenterebbe la quantità di carburante che ciascun dispositivo potrebbe produrre, quindi ne servirebbe meno. Stanno iniziando aumentando la temperatura alla quale opera, il che richiede il miglioramento dei materiali di cui è fatto il dispositivo. I ricercatori stanno anche lavorando per migliorare le prestazioni di un sistema che preriscalda il carburante in ingresso, un sistema di scambio termico che fa fluire il metano attraverso canali microscopici.

Si stanno inoltre apportando miglioramenti al sistema di concentrazione del sole, con l'obiettivo di renderlo più economico da produrre. Questo viene fatto da una società spin-off chiamata Solar Thermochemical. Sta sviluppando sia piatti parabolici, come quelli utilizzati nel primo prototipo, sia grandi campi di specchi che focalizzano la luce su una torre centrale, come gli impianti solari termici in costruzione a Ivanpah da BrightSource Energy (vedi BrightSource Pushes Ahead on Another Massive Solar Centrale Termica).

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