Come il Caltech sta creando energia pulita per l’aviazione
L’energia solare non è più appannaggio di abitazioni e aziende o per la ricarica di auto elettriche. Grazie a un gruppo di ricercatori Californiani, presto potrà persino alimentare gli aerei. Un nuovo studio mostra infatti come sia possibile usare la luce del sole per produrre combustibili per l’aviazione in modo completamente sostenibile, emissioni nette di carbonio pari a zero. Questo risultato rappresenta un passo importante per ridurre l’impatto ambientale del trasporto aereo: uno dei settori più inquinanti del mondo.
Se l’aereo non va al green…il green va all’aereo.
Mentre tutto il trasporto terrestre, magari lentamente e, sicuramente, non uniformemente, sta passando all’elettrico, l’aviazione è rimasta “indietro”. Il motivo è semplice: i carburanti a base di carbonio, cioè quelli derivati dal petrolio, hanno una densità energetica molto alta, difficile da ottenere con le batterie attuali e essenziale per le lunghe distanze delle tratte aeree. Ma produrre questi combustibili inquina molto, ed è per questo che gli scienziati stanno cercando nuove soluzioni.
Il mini reattore solare.
Un team del California Institute of Technology (Caltech), parte della Liquid Sunlight Alliance (LiSA), un consorzio finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), ha sviluppato un innovativo sistema fototermocatalitico: un piccolo reattore che utilizza la luce del sole per generare calore e alimentare reazioni chimiche complesse.
“Questo dispositivo dimostra che il calore generato dall’abbondante energia solare può essere utilizzato per azionare direttamente i processi catalitici, cosa che normalmente veniva fatta utilizzando l’elettricità o i combustibili fossili”, ha spiegato Harry Atwater, professore di fisica applicata e scienza dei materiali, titolare della cattedra Otis Booth e direttore di LiSA.
Il progetto è stato recentemente descritto sulla rivista Device. L’autore principale è Magel P. Su, dottorando del gruppo Atwater. Su ha progettato l’elemento chiave del sistema: un assorbitore solare altamente efficiente.
Design sofisticato…produzione semplice.
Il cuore del reattore è un assorbitore solare “spettralmente selettivo”, progettato per trattenere la massima quantità di energia solare e trasformarla in calore, limitando significamente le perdite. Il segreto sta nei materiali utilizzati e nella loro disposizione.
“È molto difficile ottenere questo risultato con un singolo materiale, quindi abbiamo optato per una pila multistrato”, ha spiegato Aisulu Aitbekova, coautrice dello studio e ricercatrice post-dottorato al Kavli Nanoscience Institute del Caltech.
La struttura include strati di silicio, germanio e oro, tutti depositati con estrema precisione su un supporto d’argento. “Ogni strato ha un ruolo specifico, ma combinati insieme, forniscono il risultato desiderato”, ha aggiunto Aitbekova. Questo multistrato complesso viene poi protetto da una finestra in quarzo e da uno strato sottovuoto, che impedisce la dispersione del calore.
Il reattore fototermocatalitico è rappresentato (in alto) con etilene in ingresso e combustibili liquidi in uscita. Di seguito è mostrato l’assorbimento dello spettro solare da parte dell’assorbitore solare selettivo (arancione) e la minimizzazione del calore disperso nell’ambiente (rosso).
La creazione del Carburante…
Il reattore è stato usato per attivare una reazione chiamata oligomerizzazione dell’etilene. In parole semplici, si parte da una molecola di un idrocarburo (formata da due atomi di carbonio), l’etilene appunto (C₂H₂), e attraverso il calore si fanno unire più molecole per creare catene idrocarburiche più lunghe. Queste catene, chiamate alcheni (che presentano ancora un doppio legame carbonio-carbonio), possono poi essere trasformate in carburanti simili a quelli usati negli aerei.
Nel laboratorio, il dispositivo è riuscito a produrre liquidi contenenti catene di carbonio tra 7 e 26 atomi, proprio come i carburanti per l’aviazione. Tutto questo usando solo la luce del sole come fonte di energia.
…senza dover inseguire il Sole.
Molti sistemi solari usano supporti meccanizzati che seguono il movimento del sole per aumentare l’efficienza: una tecnologia costosa e difficile da mantenere. Il reattore del Caltech invece non ha bisogno di “inseguire” il sole. È progettato per funzionare bene anche con una luce fissa, rendendolo così più semplice e più economico da costruire.
“Non stiamo competendo con la tecnologia solare a concentrazione, che permette di raggiungere fino a 2.700 soli”, ha chiarito Aitbekova. “Stiamo cercando una tecnologia complementare, che possa essere utilizzata in aree in cui il solare a concentrazione non è fattibile”.
Sì…ma l’etilene da dove viene?
Nel prototipo descritto, l’etilene, usato come materia prima, è stato ottenuto da fonti fossili. Tuttavia, il team del LiSA ha già pubblicato un altro studio che dimostra come produrre etilene partendo da anidride carbonica (CO₂), acqua e luce solare. Questo significa che, in futuro, l’intero processo potrà essere completamente sostenibile.
“…due passaggi: in primo luogo, utilizziamo CO₂, acqua e luce solare per produrre etilene, e poi eseguiamo l’oligomerizzazione dell’etilene. E l’energia solare è l’unico input energetico del sistema”, ha sottolineato Aitbekova.
Una promessa per il futuro.
Finora, quelli ottenuti sono risultati di laboratorio, ma le simulazioni mostrano che il sistema potrebbe essere ampliato a dimensioni decisamente più grandi, compatibili con la produzione industriale. Il fatto che il sistema sfrutti tecnologie già usate nei comuni pannelli solari al silicio rende più facile il passaggio alla produzione su larga scala.
Una ricerca, quindi, che apre la strada ad un futuro in cui il carburante per gli aerei potrebbe essere prodotto senza emettere nuova anidride carbonica nell’atmosfera. Se sviluppata su scala industriale, questa innovativa tecnologia potrebbe aiutare a rendere l’aviazione molto meno impattiva, dal punto di vista ecologico e, magari, a segnare un primo passo verso un futuro davvero sostenibile.
by O. D. B.
Fonti:
