Aviazione sostenibile Un carburante 'verde' per aerei entro il 2030

Di Rino Scarcelli

La crisi pandemica ha oscurato per qualche tempo quella climatica. Ma con la ripresa dei consumi e dei viaggi torna la preoccupazione per il riscaldamento globale. Una start-up svizzera sta sviluppando un carburante per l'aviazione a bilancio di emissioni neutro, prodotto solo con acqua, CO2 e luce solare. Porrà fine alla vergogna di volare?

Tetto di un edificio industriale visto perpendicolarmente; si distingue una grossa parabola e una sorta di cisterna

Il prototipo di Synhelion installato lo scorso anno sul tetto del Politecnico federale di Zurigo.

RSI-SWI

SynhelionLink esterno è un'azienda fondata da ricercatori del Politecnico federale ETH di Zurigo. A metà maggio, insieme a un'altra spin-off dell'ETHZ chiamata Climeworks, ha firmato una lettera di intentiLink esterno congiunta col gruppo Lufthansa per accelerare il lancio sul mercato di carburanti per l'aviazione sostenibile.

L'obiettivo non è infatti realizzare nuovi aeroplani a emissioni zero, bensì mettere a punto per quelli già in volo (entro il 2030) un carburante la cui combustione rilasci in atmosfera solo la quantità di CO2 sottratta all'atmosfera stessa durante la produzione.

Ma perché non puntare sulla propulsione elettrica? Che ne sarà dell'inquinamento non-CO2, come polveri fini e ossidi d'azoto? E com'è possibile produrre un carburante usando solo anidride carbonica, acqua e l'energia del sole?

"Quando brucio un idrocarburo, con ossigeno, ho un rilascio di energia e i prodotti della combustione sono CO2 e vapore acqueo. Concettualmente, questo processo può essere invertito", spiega il fisico Gianluca Ambrosetti, CEO di Synhelion, "come fanno le piante con la fotosintesi e come fa il nostro metodo per ricombinare acqua e CO2 in idrocarburi".

Dal processo termochimico che avviene nel reattore sviluppato dalla start-up, si ottiene una miscela di idrogeno e monossido di carbonio detta syngas (gas di sintesi). "È un po' il passe-partout per tutta una serie di combustibili sintetici già prodotti a livello industriale. Con dei processi di raffineria relativamente standard, viene trasformato in idrocarburi di diversa forma, come metanolo e carburante per jet".

Apertura tipo garage vista da lontano con, all interno, un grosso cilindro e una colonna. In primo piano, lampada

La camera di test di Synhelion nel simulatore solare dell'agenzia aerospaziale tedesca DLR (in primo piano, una delle 150 potenti lampade che lo compongono).

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L'orizzonte temporale per una produzione industriale di carburante 'verde' col nuovo metodo è il 2030, poiché il rendimento del reattore è ancora basso. Tuttavia, la start-up svizzera sta lavorando in parallelo a un combustibile a impatto ridotto del 50%.

Cosa avviene nel reattore

Si scalda ad alta temperatura (1500°C) un ossido metallico (ad esempio di cerio) così che riduca spontaneamente il suo stato di ossidazione, cioè "si liberi" di parte dell'ossigeno. Quando si lascia raffreddare la sostanza, essa tende a riossidarsi. In quel momento le si fornisce CO2 e vapore acqueo (H2O), dai quali "riprende" ossigeno, lasciando monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2). 

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Bilancio neutro

Il CO2 usato per produrre carburante sostenibile può essere sottratto direttamente all'aria. È quel che fa da annLink esternoi un'altra azienda, Climeworks, originata dallo stesso laboratorioLink esterno ETH.

Pare però che la cattura diretta (DACLink esterno) sia una via piuttosto costosa. "Per il momento lo è ancora, ma ci sono anche altre sorgenti", osserva Ambrosetti. "Per esempio, dei processi che intrinsecamente emettono CO2, come nei cementifici, dove due terzi delle emissioni non vengono dal fatto che si brucia carbone o altro per alimentare i forni, ma dalla calcinazione del carbonato di calcio. Quindi, se vogliamo continuare a utilizzare il cemento nelle costruzioni -ed è piuttosto probabile- ecco un'altra fonte che possiamo utilizzare per produrre combustibili sintetici".

L'impianto

Per mettere a punto il suo processo, Synhelion sta sviluppando diverse componenti. "C'è un reattore termochimico, un ricevitore solare che ha lo scopo di generare le alte temperature necessarie ad alimentare il reattore, e poi abbiamo dei sistemi di stoccaggio di energia termica per poter arrivare a operare, almeno d'estate, 24 ore al giorno".

(illustrazione) un campo di pannelli riflettono/convogliano luce solare in una torre con diversi dispositivi
Synhelion

La prima installazione commerciale prevista (per il 2024) è un parco solare di 25'000 metri quadri che consenta di produrre 5'000 tonnellate di carburante l'anno.

I primi test

Intanto, la startup ha condotto dei test in un simulatore solare in Germania. Perché non al sole vero? 

"Ogni tanto qualcuno ci chiede se non è più conveniente usare direttamente l'elettricità, anziché accendere lampade che scaldano il reattore per produrre carburante. Ma questo è soltanto un test. Uno dei grandissimi vantaggi è che la radiazione solare è controllata e stabile, la potenza è la stessa in ogni momento e possiamo testare per più giorni, anche di notte". Mentre all'esterno, magari in Ticino, anche in una giornata limpida da "1000 watt per metro quadro di irraggiamento solare, ogni tanto scende a 800 o anche a 600 e quando è così basso dobbiamo riconfigurare tutto".

Spianata di specchi che convogliano la luce solare in un punto in cima a una torre.

Per concentrare/convogliare l'energia necessaria serviranno parchi solari come questo.

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L'obiettivo di Synhelion è ottenere un primo carburante a impatto ridotto già nel 2022, sfruttando l'energia ricavata dal sole. Sarà rinnovabile solo per metà poiché partirà da una base fossile. Un processo di trasformazione [reformingLink esterno] del gas naturale "ci consentirà di ottenere un combustibile che ha il 50% di emissioni in meno di quello che sarebbe il classico carburante da petrolio estratto in maniera tradizionale." 


Come inquinano gli aerei

Gli ossidi d'azoto incidono soprattutto sull'inquinamento a bassa quota. L'aumento della concentrazione di diossido di carbonio nell'atmosfera è invece in buona parte responsabileLink esterno del riscaldamento globale. Quello emesso dal trasporto aereo rappresenta globalmente il 2-2,5% delle emissioni di CO2 prodotte da attività umane [dati UFACLink esterno]. Ma se si considerano le emissioni per passeggero, l'aereo è il mezzo più inquinante. 

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Anche a terra

Ma il carburante verde "puro", del 2030, potrà essere bruciato dagli aerei di linea così come sono? 

"Ci sono alcune componenti che bisogna adattare, come con tutti i combustibili sintetici, ma in linea di principio servirà una modifica minima alle infrastrutture. Il fatto è che l'aeronautica è quella più rigorosa nelle specifiche dei carburanti. Per l'autotrazione non ci sarebbe nessun problema, sarebbe utilizzabile direttamente". 

L'aeroporto di Zurigo, per inciso, ha annunciatoLink esterno mercoledì che acquisterà e userà nei suoi veicoli il carburante prodotto in fase di test.

Perché puntare su un carburante verde, al 50 o 100% che sia, e non ad esempio sugli aerei a propulsione elettrica che sembrano promettere bene?

"Promettono bene ma rimangono per ora estremamente limitati. Il problema è la densità energetica delle batterie che è nettamente inferiore, anche di 40 o 60 volte a quella di un combustibile. C'è qualcuno che prova con piccoli aerei, o il rullaggio elettrificato, ma alla fine il grosso, ad esempio il decollo di un aereo non può essere fatto con una propulsione elettrica perché le batterie sarebbero semplicemente troppo pesanti. Questo è anche il motivo per cui noi puntiamo sull'aviazione. Perché è uno dei consumatori di combustibili fossili per cui sarà più difficile passare ad un'elettrificazione totale".

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