Una tecnologia dirompente per valorizzare la scissione del metano
Per raggiungere gli obiettivi fissati dal Green Deal, l’Europa deve trovare il modo di decarbonizzare rapidamente il settore energetico. La scissione del metano (MS, methane splitting), o decomposizione del metano, determina la separazione delle molecole di questo idrocarburo in carbonio solido e idrogeno. Questo processo, tuttavia, presenta diverse sfide che ne ostacolano l’adozione da parte del mercato. Un team interdisciplinare composto da università, ricercatori e industrie ha consentito di far progredire in modo significativo la MS catalitica, incrementando la praticabilità di questa tecnologia decarbonizzata.
Reazioni catalitiche a bassa temperatura
Il progetto 112CO2, finanziato dall’UE, è cominciato mediante lo svolgimento di uno studio completo volto a comprendere il processo chimico e fisico della pirolisi in maniera migliore, con il primario obiettivo di acquisire queste conoscenze critiche. Adélio Mendes, il coordinatore del progetto, afferma: «Sin dall’inizio, ci siamo prefissi di lanciare i fondamenti per lo sviluppo di una tecnologia dirompente e a basso costo intesa a decarbonizzare rapidamente il settore energetico.» La temperatura è un fattore chiave nel processo catalitico. Sebbene altri consorzi stiano esplorando la fattibilità dell’utilizzo di temperature elevate (superiori a 900 ºC), questa opzione richiede un elevato consumo energetico e, a seconda della tecnologia impiegata, può essere pericolosa da implementare; di conseguenza, il progetto ha cercato di produrre una soluzione a basse temperature (500-650 ºC), un risultato che è stato conseguito attraverso l’uso di metano puro. Ciononostante, 112CO2 ha concluso che questo non è il miglior approccio quando si utilizza gas naturale o biometano, poiché tale tecnologia comporta l’accumulo di contaminanti all’interno del reattore, scoprendo successivamente che operando a una temperatura intermedia (750-850 °C) si ottiene un reattore più stabile, caratterizzato da una maggiore densità di potenza.
Gestire l’accumulo del carbonio
Sia nelle reazioni a bassa che a media temperatura, la SM catalitica ha provocato un accumulo di carbonio solido sui catalizzatori, una problematica affrontata da 112CO2 retroalimentando periodicamente l’idrogeno e invertendo la reazione chimica. In questo modo è stato possibile ridurre l’accumulo di carbonio e, in condizioni di bassa temperatura, di rigenerare anche il catalizzatore. Lo sviluppo di un catalizzatore molto attivo e stabile e l’assenza di accumulo del carbonio su di esso hanno rappresentato traguardi di grande importanza. «I risultati più rilevanti del progetto 112CO2 sono lo sviluppo, per la prima volta in assoluto, di un catalizzatore a base di nichel veramente stabile e il processo di rigenerazione del catalizzatore attraverso l’eliminazione ciclica delle particelle di carbonio formatesi», afferma Mendes.
Il futuro dei sottoprodotti valorizzati
La produzione di idrogeno pulito è essenziale al fine di decarbonizzare il settore energetico. Oltre a utilizzare il biometano per produrre carburanti economici come il metanolo verde (che contiene idrogeno e un reagente intermedio), questa tecnologia dispone del potenziale di sostenere ulteriormente la futura ecocompatibilità rimuovendo la CO2 dall’atmosfera. Per di più, i materiali grafitici rinnovabili ad alto valore ottenuti dal processo offrono numerose applicazioni, tra cui gli elettrodi per i dispositivi elettrochimici. Il consorzio di 112CO2 ha superato molte sfide per produrre un reattore MS di facile utilizzo ed efficiente in termini di costi, che in base alle attese dovrebbe essere in grado di funzionare per più di 10 000 ore senza spegnersi; tuttavia, prima che la tecnologia sia pronta per l’implementazione, restano diverse sfide da superare. Ad esempio, come purificare al meglio l’idrogeno e rimuovere i contaminanti dal reattore e come ottimizzare le condizioni e controllare i costi per quanto concerne la struttura del catalizzatore e i relativi valori di temperatura e pressione? I partner del progetto sono ansiosi di rispondere a queste domande nella prossima fase di indagine, per la quale hanno ricevuto un finanziamento destinato a un progetto di transizione del CEI, ZeroCarb, che avrà inizio nell’aprile del 2025. Nel perseguire un’Europa in grado di generare emissioni di carbonio nulle, Mendes afferma: «Il team di ricerca prevede di realizzare il primo dimostratore veramente industriale entro il 2028.» Per saperne di più sul progetto 112CO2, è possibile guardare questo video.
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