I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo sistema CSP per produrre idrogeno verde. Il sistema, attualmente in fase concettuale, mira a utilizzare fino al 40% del calore solare per la produzione di carburante verde – un miglioramento significativo rispetto ai sistemi precedenti, che raggiungevano solo un tasso di utilizzo del 7%.
“L’aumento dell’efficienza potrebbe ridurre il costo complessivo del sistema, rendendo l’idrogeno solare termochimico (STCH) un’opzione potenzialmente scalabile e accessibile per contribuire alla decarbonizzazione dell’industria dei trasporti”, hanno dichiarato gli scienziati. “Si tratta di un grande passo avanti verso la realizzazione di carburanti di origine solare”.
Simile ad altri progetti STCH, il sistema concettuale può essere costruito intorno a un impianto CSP esistente, assorbendo il calore del ricevitore e indirizzandolo alla scissione dell’acqua e alla produzione di idrogeno. Tuttavia, il cuore del nuovo sistema è costituito da un’inedita reazione termochimica in due fasi.
“Nella prima fase, l’acqua sotto forma di vapore viene esposta a un metallo. Questo fa sì che il metallo catturi l’ossigeno dal vapore, lasciando dietro di sé l’idrogeno”, hanno spiegato gli scienziati. “Una volta separato l’idrogeno, il metallo ossidato (o arrugginito) viene riscaldato nel vuoto, in modo da invertire il processo di arrugginimento e rigenerare il metallo. Una volta rimosso l’ossigeno, il metallo può essere raffreddato ed esposto nuovamente al vapore per produrre altro idrogeno. Questo processo può essere ripetuto centinaia di volte”.
L’efficienza di questo processo è legata al suo design simile a un treno, con reattori a forma di scatola che corrono su un binario circolare. Ogni reattore del treno ospita il metallo che passa ripetutamente attraverso diverse stazioni termochimiche.
“Ogni reattore passerebbe prima attraverso una stazione calda, dove sarebbe esposto al calore del sole a temperature fino a 1.500 C. Questo calore estremo estrarrebbe efficacemente l’ossigeno dal metallo del reattore”, ha dichiarato il gruppo. Il metallo si troverebbe quindi in uno stato “ridotto”, pronto ad assorbire l’ossigeno dal vapore. Affinché ciò avvenga, il reattore si sposterebbe in una stazione più fredda, a temperature di circa 1.000 C, dove verrebbe esposto al vapore per produrre idrogeno”.
Un altro miglioramento del sistema è la sua capacità di recuperare la maggior parte del calore utilizzato nel processo. Ciò avviene consentendo ai reattori posti ai lati opposti del binario circolare simile a un treno di scambiare calore attraverso l’irraggiamento termico. Inoltre, un secondo gruppo di reattori gira intorno al primo treno, muovendosi in direzione opposta e operando a temperature più basse. Ciò consente l’evacuazione dell’ossigeno dal treno interno più caldo, senza la necessità di pompe meccaniche che consumano energia.
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“Quando sarà completamente implementato, questo sistema sarà ospitato in un piccolo edificio nel mezzo di un campo solare”, ha detto il ricercatore Aniket Patankar. “All’interno dell’edificio potrebbero esserci uno o più treni, ognuno dei quali con circa 50 reattori. Pensiamo che questo possa essere un sistema modulare, in cui si possono aggiungere reattori a un nastro trasportatore, per aumentare la produzione di idrogeno”.
Il team di ricerca ha dichiarato che costruirà un prototipo del sistema nel corso del prossimo anno.
“Pensiamo all’idrogeno come al carburante del futuro, e c’è bisogno di generarlo a basso costo e su scala”, ha detto l’autore principale dello studio, Ahmed Ghoniem.
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