I boiler sono dispositivi ampiamente utilizzati in diverse industrie per funzioni essenziali come il riscaldamento, la generazione di vapore e la produzione di energia. Tuttavia, sono anche una fonte significativa di emissioni di gas serra a causa dell’efficienza già elevata che rende difficile ulteriori miglioramenti tramite la sola ottimizzazione della combustione. Pertanto, l’approccio adottato dai ricercatori si concentra sulla cattura e conversione del CO2 in prodotti utili come il metano.
Per realizzare questo processo, è essenziale l’uso di un reattore a membrana di tipo distributore (DMR), che facilita le reazioni chimiche e la separazione dei gas. Questi reattori sono già impiegati in alcune industrie, ma la loro applicazione nella conversione di CO2 in metano, specialmente in sistemi di piccola scala come i boiler, era fino ad ora poco esplorata.
Il team ha adottato un approccio duplice, combinando simulazioni numeriche e studi sperimentali per ottimizzare il design del reattore per una conversione efficiente del CO2 in metano. Le simulazioni hanno permesso di modellare il flusso e la reazione dei gas sotto diverse condizioni, minimizzando le variazioni di temperatura e ottimizzando il consumo energetico mentre la produzione di metano rimaneva affidabile.
Una delle principali innovazioni nel tipo del reattore è stata l’introduzione di un sistema di alimentazione distribuita che disperde i gas all’interno del reattore invece di introdurli da un unico punto. Questo ha migliorato la distribuzione del CO2 attraverso la membrana, evitando il surriscaldamento in qualsiasi punto del reattore. “Questo design DMR ci ha permesso di ridurre gli incrementi di temperatura di circa 300 gradi rispetto al tradizionale reattore a letto impaccato”, spiega il Prof. Nomura.
Inoltre, i ricercatori hanno esaminato altri fattori che influenzano l’efficienza del reattore, scoprendo che una variabile chiave era la concentrazione di CO2 nella miscela. Modificando la quantità di CO2, si è notato un miglioramento significativo nella reazione. “Con una concentrazione di CO2 intorno al 15%, simile a quella emessa dai boiler, il reattore produceva circa 1,5 volte più metano rispetto a un reattore standard che lavorava solo con CO2 pura”, evidenzia il Prof. Nomura.
Il team ha anche valutato l’impatto della dimensione del reattore, scoprendo che un aumento delle dimensioni facilitava la disponibilità di idrogeno per la reazione, sebbene ciò richiedesse una gestione attenta della temperatura per evitare il surriscaldamento.
In conclusione, lo studio presenta una soluzione promettente per affrontare una fonte maggiore di emissioni di gas serra. Utilizzando un DMR, le emissioni di CO2 a bassa concentrazione possono essere convertite con successo in metano utilizzabile. I benefici ottenuti non si limitano alla metanazione ma possono estendersi ad altre reazioni, rendendo questo metodo uno strumento versatile per l’utilizzo efficiente del CO2 anche in ambito domestico e nelle piccole fabbriche.