Riutilizzare gli scarti industriali grazie all’energia solare

Usare il sole per produrre energia con l'obiettivo di trasformare l'anidride carbonica (CO₂) presente negli scarti industriali e arrivare a molecole ossigenate da usare per la produzione di altri composti, ad esempio fragranze e profumi oppure detergenti. È questo il risultato del complesso lavoro di ricerca condotto nell'ambito del progetto europeo Horizon 2020 SunCoChem per la produzione di sostanze chimiche attraverso fonti rinnovabili, che ha visto il Politecnico tra i protagonisti.

"Il nostro obiettivo nell'ambito del progetto SunCoChem era quello di arrivare alla realizzazione di un dispositivo capace di convertire in modo sostenibile la CO₂ e componenti liquidi presenti negli scarti industriali in sostanze chimiche utili; tutto con un processo di cattura e conversione della CO₂ integrato in una singola unità", spiega Simelys Hernández, docente presso il Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT e componente del gruppo di ricerca CREST- Catalytic Reaction Engineering for Sustainable Technologies, responsabile scientifica del progetto per il Politecnico.

SunCoChem si è concluso da pochi mesi arrivando a sviluppare una tecnologia rivoluzionaria, grazie all'intensa collaborazione di 14 centri di ricerca di 8 Paesi riuniti in un consorzio multidisciplinare, coordinato dal centro di ricerca spagnolo EURECAT. Il Politecnico di Torino ha guidato il coordinamento tecnico per realizzare un prototipo di reattore foto-elettrocatalitico innovativo alimentato da energia solare - il più grande al mondo con 0,2 m² di superficie attiva (ottenuto assemblando 20 celle più piccole). Il gruppo di lavoro torinese ha definito le specifiche tecniche per l'integrazione dei componenti di cella, ottimizzato le condizioni operative del processo e sviluppato a scala di TRL5 (cioè con una tecnologia convalidata in ambiente industrialmente rilevante) l'elettrodo di riduzione della CO₂ a syngas (una miscela costituita da CO e H₂). Questo composto intermedio non viene solo usato per produrre le molecole obiettivo del progetto, ma apre la strada alla produzione di alcoli, combustibili e prodotti commerciali ad alto valore aggiunto.

In questo percorso è stata coinvolta anche Hysytech, azienda torinese che da anni si occupa di progettazione e costruzione di impianti chimici, con una forte vocazione all'innovazione. L'impresa investe nello sviluppo di nuove tecnologie e nel loro scale-up, con l'obiettivo di portare soluzioni sostenibili sul mercato.

"Insieme ad Hysytechabbiamo realizzato il prototipo che utilizza il rame come materiale catalitico per la conversione della CO₂ a CO al posto di metalli nobili come l'argento: questo consente di ridurre i costi, migliorare la compatibilità ambientale e aumentare l'efficienza di conversione dell'energia solare per la produzione di sostanze chimiche", precisa la professoressa Hernández, che aggiunge: "In questo modo abbiamo messo a disposizione dell'industria un dispositivo che apre la strada a una minore dipendenza dalle materie prime a base di carbonio, dimostrando una efficienza di conversione della CO₂ fino al 30 % ed efficienza di conversione dell'energia solare a syngas di circa il 5%".

Oltre a tutto questo, è da sottolineare la grande potenzialità del sistema che è in grado di usare direttamente i gas di scarico dei processi industriali (con anidride carbonica diluita tipica dell'industria) trasformandoli per creare molecole intermedie (come appunto il syngas) da inserire in altri cicli produttivi. Queste potenzialità sono state dimostrate a TRL5 utilizzando il syngas in uscita dal reattore foto-elettrochimico, insieme ad altri scarti liquidi di produzione industriale (contenenti olefine), per alimentare un secondo reattore di idroformilazione (una reazione molto diffusa nella industria chimica che attualmente trasforma materie prime di origine fossile in precursori per detergenti, profumi, plastificanti e altri prodotti di uso comune), producendo così molecole per fragranze (es. LimoxalÒ).

Un traguardo che non ferma comunque la ricerca. Dopo la conclusione di SunCoChem, si pensa adesso di sfruttare il risultato raggiunto per continuare a ottimizzare il processo e il design della cella, in collaborazione con Hysytech, e per migliorare ancora di più prestazioni e stabilità del processo nel tempo e quindi renderlo applicabile su scala industriale e per lunghi periodi di lavoro.