Il cherosene sintetico da fonti rinnovabili potrebbe alimentare la transizione verso voli a emissioni zero
Questa alternativa al carburante avio di origine fossile può sembrare inverosimile, ma è un concetto che il progetto KEROGREEN, finanziato dall’UE, ha dimostrato in via sperimentale e parzialmente su scala. «Utilizzando energia rinnovabile e CO2 proveniente dall’atmosfera, si ottiene un ciclo di carbonio chiuso per la produzione di carburanti a base di idrocarburi. Possiamo quindi continuare a utilizzare l’infrastruttura di stoccaggio e distribuzione esistente e, soprattutto, la stessa tecnologia dei motori aerei», osserva Adelbert Goede, coordinatore del progetto I carburanti avio sintetici, come il cherosene, che possono essere utilizzati direttamente nei motori degli aeromobili attuali, possono essere formati da gas di sintesi, una miscela di monossido di carbonio (CO) e idrogeno. Tuttavia, l’obiettivo di KEROGREEN è stato quello di produrre una forma di gas di sintesi verde e a carbonio zero, che non generi ulteriori emissioni di carbonio. «Questo problema è stato affrontato convertendo l’acqua e l’aria (CO2) in combustibili ad alta densità energetica alimentati da elettricità rinnovabile», sottolinea Goede.
Una via non convenzionale per convertire la CO2 in carburante
L’idea di estrarre la CO2 dall’atmosfera e convertirla in carburante è semplice. Alle condizioni del plasma, la CO2 viene scissa in modo efficiente in CO e ossigeno (O2), la fase del processo che richiede maggiore energia. Miscelato con acqua, il gas di sintesi si forma attraverso la ben nota reazione di spostamento del gas d’acqua e successivamente viene convertito in idrocarburi liquidi (cherosene) attraverso il consolidato processo Fischer-Tropsch. L’elettrolisi ad alta temperatura e la plasmolisi sono comunemente utilizzate per la conversione della CO2. Tuttavia, entrambi i metodi presentano pro e contro se utilizzati separatamente. Ad esempio, l’elettrolisi ad alta temperatura è altamente efficiente dal punto di vista energetico e separa direttamente CO e O2, ma richiede l’uso di pochi materiali elettrodici che si degradano nel tempo. Al contrario, la plasmolisi utilizza materiali elettrodici più abbondanti, si attiva e si disattiva istantaneamente, rispondendo bene alla natura intermittente dell’elettricità rinnovabile. Eppure, richiede un ulteriore passaggio per separare l’O2 dal CO e dalla CO2. KEROGREEN consente di produrre CO in modo sostenibile, combinando questi due metodi. In questo processo combinato, la miscela di gas ottenuta mediante plasmolisi della CO2 viene fornita a una cella di elettrolisi a ossidi solidi (SOEC) per separare i gas prodotti. L’O2 viene trasferito su un lato della SOEC, dove viene rimosso. I restanti CO e CO2 sono trasportati a un impianto chimico per la sintesi di combustibili liquidi. I risultati mostrano che il flusso di prodotti del processo accoppiato plasma-elettrolisi contiene il 91 % in meno di O2 e il 138 % in più di CO rispetto a quelli forniti dalla sola plasmolisi. Inoltre, i test di durata (~100 h) mostrano una migliore stabilità del materiale elettrodico di perovskite per il processo accoppiato rispetto alla sola elettrolisi della CO2. La densità di energia riveste un ruolo importante nel determinare l’autonomia di volo. «I carburanti sostenibili ad alta densità energetica sono fondamentali per i voli a lungo raggio. Riteniamo che il cherosene sintetico ricavato dall’acqua e dalla CO2 con l’aiuto delle energie rinnovabili sarà un’alternativa più adeguata per l’alimentazione degli aeromobili del futuro. L’idrogeno da solo (anche nella sua forma liquida) è troppo ingombrante e le batterie aggiungono troppo peso agli aerei», osserva Goede. Inoltre, il cherosene sintetico verde non emette zolfo e produce meno fuliggine, mentre le emissioni di ossido di azoto sono ridotte al minimo.
Ideale per i sistemi decentralizzati che si basano sull’energia rinnovabile
«L’innovativa tecnologia di KEROGREEN, che può essere inserita in un container, è modulare, scalabile e adatta a impianti di produzione distribuiti su piccola scala situati in aree remote, ad esempio un parco eolico off-shore o una fattoria solare nel deserto», afferma Goede. Tutte le fasi della conversione della CO2 attraverso il processo di plasma-elettrolisi sono state dimostrate mediante prova di concetto sperimentale TRL 3. I ricercatori lavoreranno per scalare ulteriormente il separatore di O2 in un progetto successivo.
Parole chiave
KEROGREEN, CO2, monossido di carbonio, gas di sintesi, cherosene sintetico, voli a lungo raggio, SOEC, cella di elettrolisi a ossidi solidi
