L.S. Fan, docente universitario in ingegneria chimica e biomolecolare presso la Ohio State University, detiene campioni di materiali sviluppati nel suo laboratorio che consentono tecnologie energetiche pulite.
Gli ingegneri della Ohio State University stanno sviluppando tecnologie che hanno il potenziale per convertire economicamente combustibili fossili e biomassa in prodotti utili, compresa l'elettricità, senza emettere anidride carbonica nell'atmosfera.
Nel primo dei due articoli pubblicati sulla rivista Energy & Environmental Science, gli ingegneri riferiscono infatti di aver messo a punto un processo che trasforma il gas di scisto (gas metano estratto da giacimenti di argilla) in prodotti come il metanolo e la benzina, il tutto consumando anidride carbonica. Questo processo può anche essere applicato a carbone e biomassa per produrre prodotti utili. Da quanto riportato nell’articolo, in determinate condizioni, la tecnologia impiegata consuma tutta l'anidride carbonica prodotta oltre ad ulteriore anidride carbonica aggiuntiva proveniente da una fonte esterna.
Nel secondo documento, riportano inoltre di aver trovato un modo per estendere notevolmente la lifetime dei reagenti della reazione, in modo da ottenere un procedimento che sia compatibile con il tempo utile alle operazioni commerciali.
Infine, lo stesso team ha scoperto e brevettato un modo per ridurre di circa il 50 percento i costi della produzione di un gas combustibile, chiamato gas di sintesi o "syngas", rispetto alla tecnologia tradizionale.
La nuova tecnologia, basata sul looping chimico, utilizza particelle di ossido di metallo nei reattori ad alta pressione per "bruciare" combustibili fossili e biomassa. L'ossido di metallo fornisce l'ossigeno per la reazione senza dover utilizzare direttamente l’aria esterna.
"Le rinnovabili sono il futuro", ha detto Liang-Shih Fan, illustre docente universitario in ingegneria chimica e biomolecolare, che guida lo studio. "Abbiamo però bisogno di un’alternativa tecnica, utilizzabile almeno per i prossimi 30 anni, che ci permetta di creare energia pulita fino a quando l'energia eolica e solare diverranno le tecnologie prevalenti".
Cinque anni fa, Fan e il suo team di ricerca hanno presentato e dimostrato una tecnologia chiamata “combustione del carbone chimico a ciclo continuo” (CDCL), mediante la quale si può rilasciare energia dal carbone catturando oltre il 99% del biossido di carbonio risultante, impedendone l’emissione nell’ambiente. La chiave del processo CDCL è l’utilizzo di molecole di ossido di ferro che forniscono l'ossigeno per la combustione chimica in un reattore a letto mobile. Dopo la combustione, le particelle recuperano l'ossigeno dall'aria e il ciclo ricomincia.
Mentre cinque anni fa le molecole per il CDCL sono durate per 100 cicli per più di otto giorni di funzionamento continuo, gli ingegneri hanno sviluppato una nuova formulazione che dura più di 3.000 cicli o più di otto mesi di uso continuo nei test di laboratorio. Una formulazione simile è stata anche testata presso impianti pilota. "La molecola stessa è una nave e trasporta l'ossigeno avanti e indietro in questo processo, e alla fine si rompe. Come un camion che trasporta merci su un'autostrada, alla fine subirà un certo deterioramento. Abbiamo ideato una particella che può fare il viaggio 3000 volte in laboratorio mantenendo la sua integrità ", ha detto Tong. Il prossimo passo è testare il vettore in un processo di looping chimico a carbone integrato.
Un altro progresso riguarda lo sviluppo ingegneristico del looping chimico per la produzione di syngas, che a sua volta fornisce i mattoni per una serie di altri prodotti utili tra cui l'ammoniaca, la plastica o anche le fibre di carbonio.
È qui che la tecnologia diventa davvero interessante: fornisce un potenziale uso industriale del biossido di carbonio come materia prima per la produzione di prodotti utili e di uso quotidiano. Oggi, quando l'anidride carbonica viene depurata dagli scarichi delle centrali elettriche, è destinata a essere sepolta per impedire che entri nell'atmosfera come gas serra. In questo nuovo scenario, una parte del biossido di carbonio ripulito non avrebbe bisogno di essere sepolto ma potrebbe essere convertito in prodotti utili.
Le vere innovazioni nella scienza sono rare e quando accadono non sono improvvise. Di solito sono il risultato di decenni di sforzi concertati o, nel caso di Fan, il risultato di 40 anni di ricerca.
"Questo è il lavoro della mia vita", ha detto Fan.
All’interno di questo articolo di blog, ci teniamo molto a citare anche tutto lo Staff di Fan, senza il quale siamo sicuri che tutto il lavoro di ricerca e sviluppo non sarebbe stato possibile.
I suoi coautori per primo articolo includono il ricercatore post-doc Mandar Kathe; i ricercatori universitari Abbey Empfield, Peter Sandvik, Charles Fryer ed Elena Blair; e lo studente di dottorato Yitao Zhang.
I coautori nel secondo articolo includono la dottoranda Cheng Chung, il ricercatore post-doc Lang Qin e lo studente Vedant Shah. I collaboratori del lavoro di assemblaggio per la regolazione della pressione includono Tong, Kathe e il socio di ricerca senior Dawei Wang.
Sorgente:
Ohio State University.