Come il sole può rendere la produzione di cemento più rispettosa del clima

Molti processi industriali richiedono temperature alte - molto alte. Per la produzione di cemento, per esempio. Ma: come si può ottenere questo calore di processo ad alta temperatura se non si utilizzano combustibili fossili come il carbone o il gas naturale, che rilasciano emissioni di CO2? Lo spin-off dell'ETH Synhelion ha sviluppato un processo che si basa sul sole.

Ecco come funziona: Per ottenere alte temperature con l'energia solare, la luce deve essere focalizzata. Questo può essere fatto, per esempio, con una lente (lente d'ingrandimento) o anche con degli specchi, per concentrare tutta l'energia che colpisce un'area più grande su un unico punto.

Synhelion ha sviluppato un cosiddetto ricevitore solare che può assorbire l'energia solare e poi convertirla in calore di processo. Con questo processo si possono raggiungere temperature estremamente elevate. L'Ufficio federale dell'energia sostiene lo sviluppo di questo concetto di ricevitore solare nell'ambito di progetti di ricerca.

Raggiungere temperature fino a 1500 gradi con l'energia solare, "è un successo rivoluzionario", dicono con piacere i responsabili di Synhelion. Questo significa che si possono raggiungere temperature di 550 gradi più alte di quanto fosse possibile in precedenza con ricevitori di queste dimensioni in tutto il mondo. Grazie a queste alte temperature, si aprono aree di applicazione completamente nuove per il calore solare - nell'industria del cemento, dell'acciaio e petrolchimica.

Il sole al posto del petrolio, del carbone o del legno nella produzione del cemento: la ricerca ci sta lavorando da tempo. Già nel 1980, gli ingegneri francesi hanno dimostrato che l'energia solare poteva essere utilizzata per raggiungere le alte temperature necessarie per la produzione di cemento. Avevano costruito un forno solare in cui degli specchi rotanti concentravano la luce del sole su un unico punto. Tuttavia, il loro forno solare aveva solo le dimensioni di un laboratorio.

Oggi, molta ricerca e sviluppo sono in corso nel campo dell'energia solare ad alta temperatura. Per esempio, nel dipartimento PROMES del Centre national de la recherche scientifique francese, con cui l'ETH di Zurigo e l'Istituto Paul Scherrer collaborano da anni. O alla società statunitense Heliogen

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Dove pensa di utilizzare il ricevitore solare Synhelion?

• Nella produzione di cemento:

La produzione di cemento non solo richiede molta energia. È anche responsabile di circa l'8% delle emissioni globali di CO2.

Perché? Il cemento è fatto dal calcare (carbonato di calcio) - in un processo a più fasi. Prima la calce viene schiacciata, poi macinata finemente e infine bruciata a una temperatura di quasi 1.500 gradi.

Due terzi delle emissioni di CO2 avvengono durante la produzione, quando il calcare viene decomposto chimicamente. Un terzo proviene dai combustibili fossili usati per raggiungere le alte temperature del processo. L'utilizzo del calore solare al posto dell'energia fossile ridurrebbe di conseguenza l'impronta di CO2 nella produzione del cemento.

Tuttavia, i processi industriali richiedono che il funzionamento sia il più costante possibile. Grazie a un sistema di stoccaggio termico, il processo può funzionare 24 ore su 24, anche quando il sole non splende. Ma una cosa è chiara: questa tecnologia dipende da un sacco di sole. Le regioni desertiche sono quindi particolarmente adatte. La Svizzera, d'altra parte, non è un luogo ideale.

Insieme al produttore di materiali da costruzione CEMEX SA, attivo a livello internazionale, Synhelion ha condotto uno studio di fattibilità. Entro la fine del 2022, Synhelion vuole ora integrare un impianto pilota in un cementificio CEMEX esistente e poi espanderlo gradualmente in un impianto completamente alimentato a energia solare.

• Per la produzione di carburante:

Per mettere in moto la reazione chimica per la produzione di gas di sintesi, è necessario il calore di processo. Synhelion produce questo calore di processo utilizzando la luce solare concentrata. Il gas di sintesi viene poi ulteriormente elaborato in un processo industriale per produrre combustibili come benzina, diesel o cherosene.

Synhelion sta attualmente progettando un impianto di produzione su scala industriale. Il lancio sul mercato dei carburanti è previsto per i prossimi due anni. Entro il 2030, Synhelion mira a raggiungere un volume di produzione di circa 700.000 tonnellate di carburante all'anno. Questo potrebbe coprire la metà del kersosene consumato dall'aviazione civile svizzera o circa il 15% del consumo svizzero di diesel e benzina. L'aeroporto di Zurigo e la compagnia aerea Lufthansa/Swiss hanno già espresso grande interesse per l'utilizzo di combustibili sintetici ottenuti in questo modo. Entrambe le parti hanno firmato una lettera di intenti con Synhelion nella prima metà del 2020.

Cemento - un materiale da costruzione richiesto

In Svizzera, il consumo di cemento per persona è di circa 600 chili. Questo è approssimativamente in linea con la media globale, ma è circa il doppio della mediana globale a causa dell'alto tenore di vita.

Grazie alle misure di efficienza degli ultimi anni, l'uso di energia termica ed elettrica è già diminuito continuamente. Il consumo globale di cemento si è stabilizzato.

Nella sua Roadmap 2010 "Low-Carbon Transition in the Cement Industry", l'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) ha anche definito varie misure sulla via della produzione sostenibile del cemento:

• Miglioramenti di efficienza nei cementifici esistenti
• Uso di combustibili alternativi e rinnovabili nella produzione
• Riduzione del contenuto di clinker nel cemento attraverso l'aggiunta di materiali alternativi
• Cattura e stoccaggio permanente delle emissioni di CO2 durante il processo di produzione (Carbon Capture, Utilisation and Storage (CCUS))

Brigitte Mader, Comunicazione, Ufficio federale dell'energia