Carburanti sostenibili dall’aria per risolvere la crisi energetica
Una raffineria che produce carburante dalla luce solare e dall'aria… sembra fantascienza. Eppure, scienziati svizzeri annunciano di esserci riusciti e di aver creato un metodo per produrre carburanti sostenibili potenzialmente espandibile su larga scala. Delle aziende svizzere stanno lavorando per commercializzare questa tecnologia.
Appollaiata su un tetto nel centro di Zurigo, l’installazione bianca sembra uscita da un film di James Bond quando la parabola esce dal suo involucro e punta al cielo. Ma la sua funzione non è intercettare comunicazioni segrete. Questo dispositivo unico nel suo genere – una raffineria solare – è stato costruito da scienziati e scienziate del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ) per dimostrare che è possibile produrre carburanti a impatto zero a partire dall’aria e dalla luce solare.
Dopo uno studio di fattibilità durato due anni, ricercatori e ricercatrici sostengono che l’impianto dimostrativo ha confermato il funzionamento “stabile e affidabile” del processo di produzione di combustibile solare. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.Collegamento esterno
“È stata una straordinaria odissea, con fallimenti e successi”, racconta a SWI swissinfo.ch Aldo Steinfeld, il professore dell’ETHZ che guida il gruppo di ricerca. Oltre 20 tesi di dottorato hanno contribuito a questo progetto decennale.
Le loro scoperte potrebbero aprire la strada alla produzione industriale di combustibili sintetici da utilizzare come alternative ai combustibili fossili quali cherosene, benzina o diesel. Potrebbero avere un impatto importante nella transizione ecologica e aiutare a rendere i trasporti a lunga distanza marittimi e aerei più sostenibili. Questi due settori sono responsabili dell’8% delle emissioni globali di gas a effetto serra.
Tuttavia, molto lavoro sarà ancora necessario per ampliare il processo e commercializzarlo.
Processo termochimico multifase
La mini-raffineria produce combustibile liquido dalla luce solare e dall’aria grazie a un processo termochimico multifase (vedi animazione più in basso, in inglese). Prima di tutto, un’unità DAC (Direct air capture – sequestro diretto del carbonio dall’aria) estrae l’anidride carbonica e l’acqua dall’aria.
La parabola concentra poi la luce solare di un fattore di 3’000 volte, generando una temperatura di 1’500 gradi Celsius in un piccolo reattore solare. All’interno, è presente dell’ossido di cerio che viene ridotto, rilasciando ossigeno. Dopodiché, la CO2 e l’acqua sono convertite in “syngas” (“gas di sintesi”, miscela di monossido di carbonio e idrogeno). Con un processo di ossidazione il sistema torna poi alla situazione iniziale.
La raffineria solare produce attualmente circa mezzo decilitro di metanolo puro da 100 litri di syngas, un’operazione della durata tipica di sette ore. Si tratta di una quantità troppo esigua per fornire energia a un qualsiasi veicolo, ma è una chiara dimostrazione della fattibilità del processo e un “traguardo importantissimo”, dicono i ricercatori e le ricercatrici.
La ricerca e lo sviluppo continueranno presso l’ETHZ e in una torre solare vicino a Madrid. Parallelamente, due aziende svizzere, Climeworks e Synhelion, fondate da ex studenti di Steinfeld, stanno lavorando per portare la tecnologia nel mercato.
Mentre Climeworks commercializza la tecnologia per catturare la CO2 dall’aria, Synhelion commercializza la tecnologia per produrre combustibili solari dall’anidride carbonica.
“Una vera accoppiata svizzera”, dice Steinfeld.
Espansione
Synhelion impiega attualmente 20 persone e lo scorso mese ha annunciato di aver raccolto 16 milioni di franchi di investimenti per accelerare la commercializzazione della tecnologia.
Il denaro verrà impiegato in parte per la costruzione e la messa in funzione del primo impianto di produzione di combustibile solare presso l’agenzia aerospaziale tedesca (il DLR) a Jülich, nell’ovest della Germania.
Il DLR offre una vasta infrastruttura per le aziende svizzere. Synhelion ha anche il sostegno del ministero federale tedesco dell’economia e dell’energia (BMWi) che ha recentemente stanziato 3,92 milioni di euro per il progetto.
“Stiamo finalizzando i lavori di installazione e cominceremo a testare il sistema all’inizio del 2022. Costruiremo poi il primo impianto su scala industriale che comprende il campo di specchi, la torre, il ricevitore, il reattore e il sistema di immagazzinamento dell’energia termica. Vicino alla torre verrà installato un sistema di sintesi che permetterà di convertire il syngas in combustibile”, spiega il CEO e cofondatore di Synhelion Philipp Furler.
A causa della presenza non sempre sicura di luce solare, la Germania e la Svizzera non sono luoghi ideali per la produzione di combustibile solare, ammette. Ma Jülich è un luogo perfetto per la ricerca e lo sviluppo, aggiunge il ricercatore.
“È il modo più veloce e semplice di mostrare questa tecnologia dalla A alla Z su scala industriale”, commenta.
Il prossimo passo dovrebbe essere la costruzione di un impianto commerciale più grande nella soleggiata Spagna dove sarebbe possibile un’operatività continua che permetta di produrre maggiori quantità di combustibile e di ridurre i costi di produzione.
Synhelion ha piani ambiziosi. Dal 2023, l’impianto di Jülich dovrebbe produrre 10’000 litri di combustibile solare all’anno. Una volta che l’impianto spagnolo sarà operativo, dal 2025, la produzione dovrebbe raggiungere gli 1,6 milioni di litri all’anno. L’azienda di Furler intende arrivare a produrre annualmente 875 milioni di litri nel 2030.
Quote di combustibile solare
Synhelion e Climeworks stanno attirando molto l’attenzione. Lo scorso mese la ministra svizzera dell’ambiente Simonetta Sommaruga ha visitato entrambe le aziende a Zurigo per conoscere meglio il loro lavoro. Le discussioni hanno anche riguardato le prossime tappe nella produzione e il sostegno del Governo.
Anche se la tecnologia è già in uno stadio avanzato, diverse modifiche saranno necessarie per migliorarne l’efficienza. Le principali sfide, dice Furler, stanno nell’integrazione dei componenti chiave nel sistema.
Gli esperti sostengono che l’ostacolo più grande sta nel superare la barriera degli alti costi iniziali. Il combustibile di Synhelion inizialmente sarà più caro dei combustibili fossili. L’azienda stima che produrre (dal 2030) 700’000 tonnellate di combustibile all’anno, quantità che corrisponderebbe a circa la metà del consumo svizzero di carburante per aerei, costerà diverse centinaia di milioni di franchi. Le tasse sul carbonio probabilmente non permetteranno un’efficace riduzione dei costi.
Sommaruga ha dichiarato che le autorità e la politica dovranno aiutare a creare le condizioni favorevoli per aiutare le aziende a pianificare la loro attività sul lungo termine. “Possiamo, ad esempio, introdurre una quota di combustibili sintetici nell’aviazione per aiutare a creare un nuovo mercato”, ha detto.
Steinfeld ritiene che le quote possano aiutare a dare slancio alla tecnologia e al futuro sviluppo di combustibili sintetici. “Alle compagnie aeree e agli aeroporti andrebbe chiesto di avere una quota minima di cherosene solare nel volume totale di combustibile che viene messo nei velivoli”, dice.
Si dovrebbe cominciare con poco – solo l’1% del combustibile dovrebbe essere cherosene solare – ma la quota attirerebbe investimenti negli impianti di produzione e, di conseguenza, a un crollo dei costi simile a quanto accaduto per l’elettricità eolica e solare.
“Quando la quota raggiungerà il 10-15%, i costi del cherosene solare dovrebbero essere simili a quelli del cherosene fossile. È una strategia semplice”, dice il professore dell’ETHZ.
Oggi i combustibili sostenibili per l’aviazione (Sustainable Aviation Fuels – SAF) sono cari e utilizzati in quantità limitata solo da poche compagnie assieme ai combustibili tradizionali. Ma la International Air Transport Association (IATA), l’organizzazione ombrello del settore, intende incrementare massicciamente il loro utilizzo. Ha adottato una risoluzione non vincolante per ridurre l’impatto ambientale dell’aviazione che prevede un aumento della percentuale di SAF utilizzati dall’industria dal 2% previsto nel 2025 al 65% nel 2050.
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