L'efficienza nella produzione termochimica dell'idrogeno è aumentata grazie all'impianto del CSIRO che sfrutta un nuovo reattore solare a riflessione verso il basso
Il nuovo strumento per la transizione energetica dell’industria pesante “guarda verso il basso”. Ci troviamo in Australia, e più precisamente presso il Newcastle Energy Centre del CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), a circa 150 chilometri da Sydney. Qui un gruppo di scienziati ha messo a punto un reattore solare con ottica beam-down in grado di dare una svolta alla produzione termochimica dell’idrogeno.
Tecnologia beam-down, di cosa si tratta?
La tecnologia riprende un concetto ben noto al mondo energetico: la concentrazione della luce solare per ottenere energia termica ad alta temperatura da reimpiegare. È il concetto alla base degli impianti solari termodinamici, di cui riprende anche parte del design.
Il sistema si affida, infatti, ad un campo di specchi o eliostati per riflettere la luce del sole sulla cima di una torre centrale. A questo punto però la luce concentrata viene re-indirizzata verso il basso (beam-down). Qui può incontrare un reattore, come nel caso dell’impianto del CSIRO, o un fluido termovettore.
Ben inteso: l’idea non è nuova e si basa sulla vecchia tecnologia del “riflettore Cassegrain” che trova oggi applicazione nei telescopi. Negli ultimi anni, tuttavia, ha trovato una seconda applicazione nell’ambito del solare a concentrazione.
I vantaggi di un simile approccio sono diversi. Il design a fascio discendente, concentrando i raggi a livello del terreno, migliora la stabilità del fluido termovettore che a sua volta scorre vicino al suolo anziché su e giù dalla torre solare. Ciò permette di aumentare la sicurezza del sistema e di diminuire l’energia richiesta per il pompaggio del fluido, con vantaggi economici e progettuali. Non solo. L’altezza totale del sistema è inferiore e l’unità risulta più compatta, riducendo il costo complessivo.
Tra le applicazioni reali di questa tecnologia oggi si contano sia centrali termodinamiche che di produzione dell’idrogeno. In questo secondo caso, l’impianto integra alla base un reattore termochimico a scissione dell’acqua.
Il primo reattore solare beam-down con ceria drogata
Il sistema australiano riprende in mano questi concetti per realizzare il primo dimostratore beam-down del Paese. L’installazione integra anche un’innovazione messa a punto dall’Università di Niigata, in Giappone: particelle di ceria drogata. Per capirne l’utilizzo è necessario fare un passo indietro.
La scissione termochimica dell’acqua è una dissociazione termica diretta che utilizza una reazione in due fasi per ridurre un ossido metallico (MO) redox-attivo, rilasciando idrogeno. L’ossido metallico ridotto viene quindi fatto reagire con il vapore acqueo e riossidato, sottraendo l’ossigeno al vapore e rilasciando idrogeno gassoso.
L’ossido metallico usato nell’impianto in Australia è la ceria drogata, una forma di ceria progettata per migliorarne la capacità di assorbire e rilasciare ossigeno a temperature molto più basse. L’esperimento australiano costituisce la prima volta che tali particelle vengono utilizzate in un test su scala dimostrativa.
Spiega il professor Tatsuya Kodama dell’Università di Niigata e collaboratore del CSIRO: “In questo modo possiamo produrre oltre tre volte più idrogeno di quanto si ottiene normalmente utilizzando materiali standard in una reazione simile. Abbiamo anche acquisito informazioni preziose su come sviluppare ulteriormente le particelle per migliorare il processo nel suo complesso”.
Produzione di idrogeno solare ad alta efficienza
Il nuovo reattore solare beam-down ha dimostrato con successo l’intero ciclo di produzione termochimica dell’idrogeno, dall’ingresso della luce all’uscita del gas, mostrando di poter raggiungere un’efficienza solare-idrogeno superiore al 20%.
Il dottor Jin-Soo Kim, ricercatore capo del CSIRO e responsabile del progetto, ha affermato che il nuovo design coniuga prestazioni e semplicità. “Non abbiamo ancora raggiunto la scala industriale, ma abbiamo dimostrato una forte reattività in condizioni relativamente moderate e, con ulteriori perfezionamenti, potremmo eguagliare l’elettrolisi sia in termini di prestazioni che di costi”.
