Trasformare in realtà le idee imprenditoriali positive per il clima
All'ETH di Zurigo sempre più ricercatori escono dal laboratorio per mettere in pratica le loro scoperte. Con le loro aziende, i fondatori vogliono contribuire direttamente a contenere l'aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera.
Il "chiaro riscaldamento del sistema climatico" è ben documentato nel quinto rapporto globale sul clima dell'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change): Mai negli ultimi 800.000 anni la concentrazione di gas serra in atmosfera è stata così alta come oggi. Dal 1750, l'umanità ha rilasciato 555 miliardi di tonnellate di carbonio, aumentando il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera del 40% rispetto ai livelli preindustriali. Allo stesso tempo, la temperatura media della superficie terrestre è aumentata di 0,85 gradi Celsius tra il 1880 e il 2012. A causa dello scioglimento delle masse di neve e ghiaccio a livello globale, il livello dei mari si sta innalzando, in media di tre millimetri all'anno.
La comunità scientifica è concorde nel ritenere che l'umanità debba fare tutto il possibile per frenare o addirittura invertire l'aumento delle concentrazioni di gas serra. All'ETH di Zurigo, i ricercatori non solo dimostrano sempre più spesso i possibili contributi alla protezione del clima, ma sempre più spesso escono dal mondo accademico e sfruttano la loro energia per trasformare in realtà idee imprenditoriali positive per il clima. Delle 242 aperture create all'ETH di Zurigo dal 2010, 34 aziende stanno sponsorizzando la lotta al riscaldamento globale. Diamo un'occhiata più da vicino a due esempi, uno proveniente dal settore dell'energia e l'altro dal settore delle costruzioni.
Carburanti a impatto climatico zero da aria e luce solare
Dalla sua fondazione nel 2016, Synhelion sviluppa una tecnologia solare - che sembra una magia - che inverte il processo di combustione. L'azienda mira a produrre combustibili liquidi sintetici utilizzando solo aria e luce solare. Questi carburanti solari rilasciano solo una quantità di CO2 come in precedenza si estraeva dall'aria. Hanno quindi il potenziale per rendere l'industria dei trasporti praticamente a impatto climatico zero. Attualmente, tutto il traffico aereo, navale e stradale immette nell'atmosfera circa otto miliardi di tonnellate di anidride carbonica ed è quindi responsabile di un quarto delle emissioni di CO2-Emissioni.
"Crediamo che i combustibili solari liquidi siano un elemento importante per la svolta energetica", afferma Gianluca Ambrosetti, CEO di Synhelion. In effetti, nessun'altra fonte di energia può competere con i combustibili liquidi in termini di densità energetica e stoccaggio a lungo termine. Inoltre, i nostri combustibili solari sono una tecnologia "drop-in" per la quale non è necessario costruire altre infrastrutture", afferma Ambrosetti. "I nostri carburanti possono essere lavorati nelle raffinerie esistenti e distribuiti attraverso la rete di stazioni di servizio esistenti".
Radiazione solare concentrata diverse migliaia di volte
L'ingegnosa tecnologia solare di Synhelion si basa su tre innovazioni, tutte originariamente inventate dal gruppo di ricerca guidato da Aldo Steinfeld, professore di fonti energetiche rinnovabili all'ETH di Zurigo, e ora ulteriormente sviluppate da Synhelion. Primo: il ricevitore solare, una cavità nera dietro un vetro di quarzo trasparente. È qui che arriva la radiazione solare, concentrata diverse migliaia di volte dagli specchi, e che riscalda il gas di trasporto a ben oltre 1000 gradi Celsius. In secondo luogo, il reattore termochimico in ceramica che, se sufficientemente riscaldato dal gas di trasporto caldo, può scindere l'acqua e l'anidride carbonica e convertirle in una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, nota come syngas. (Il syngas può essere ulteriormente trasformato in vari combustibili liquidi, come metanolo, benzina o paraffina, utilizzando metodi convenzionali). Infine, un sistema di accumulo di energia termica che garantisce il funzionamento del reattore anche di notte e nelle giornate nuvolose.
Un anno e mezzo fa, il team di Steinfeld ha allestito un impianto di mini-raffinazione sul tetto del laboratorio di macchine dell'ETH di Zurigo che produce circa un decilitro di metanolo al giorno. "Abbiamo così dimostrato che la produzione di carburante sostenibile dalla luce del sole e dall'aria funziona anche in condizioni reali", dice Steinfeld.
Il passo successivo è scalare i processi, aumentare l'efficienza e ridurre i costi, dice Ambrosetti. Ambrosetti risponde ai dubbi sulla scalabilità con una certa dose di comprensione. "Ci vorranno almeno altri cinque anni prima di poter utilizzare la tecnologia su scala industriale". Synhelion si affida quindi a una soluzione provvisoria, nota come "upgrading solare", per accorciare i tempi di lancio sul mercato. "Se aggiungiamo metano alla miscela di acqua e anidride carbonica, la conversione termochimica in syngas può avvenire a temperature di 800 °C", spiega Ambrosetti. "Grazie a questa semplificazione, in soli due anni dovremmo essere in grado di produrre, a un prezzo competitivo, combustibili solari che emettono solo la metà delle emissioni di CO2 come i combustibili fossili".
Trasformare l'anidride carbonica in pietra
Il modello di business di Neustark si basa su un'idea completamente diversa: l'ETH spin-off, fondato nel 2019, sta portando avanti una tecnologia che può essere utilizzata per estrarre calcare di alta qualità dal calcestruzzo frantumato - trasformando l'anidride carbonica in pietra e immagazzinandola in modo permanente. "Nel settore delle costruzioni, l'industria ha ottenuto finora solo piccole riduzioni delle emissioni perché gran parte dei risultati della ricerca vengono messi da parte e non applicati", afferma Johannes Tiefenthaler, uno dei due fondatori di Neustark. "Voglio usare l'energia che sto impiegando nel mio dottorato per fare la differenza".
Durante la sua tesi di laurea magistrale, Tiefenthaler stava già studiando vari modi per far reagire l'anidride carbonica con sostanze minerali e convertirla in roccia carbonatica. In effetti, sulla Terra ci sono abbastanza minerali per legare diverse centinaia di miliardi di tonnellate di anidride carbonica. Tuttavia, poiché questi materiali, come i silicati di magnesio, non sono particolarmente reattivi, devono prima essere riscaldati a 700 gradi Celsius, spiega Tiefenthaler. Al contrario, il materiale decomposto e frantumato in granulato di calcestruzzo si è dimostrato altamente reattivo grazie all'enorme superficie delle particelle di dimensioni millimetriche. Anche senza pretrattamento, il calcestruzzo frantumato forma composti chimici molto stabili con l'anidride carbonica.
"Sono stato attratto dal fatto che la soluzione non sarà disponibile tra cinque o dieci anni, ma adesso", dice l'altro fondatore di Neustark, l'economista Valentin Gutknecht. Per lui, la sfida più grande al momento è destreggiarsi tra molte aree tematiche diverse, dice Gutknecht. "Non dobbiamo solo tenere sotto controllo le proprietà concrete, ma anche navigare nei percorsi tortuosi della CO2- "Orientarsi tra le certificazioni".
Le emissioni negative di CO2-Emissioni che portano benefici economici
Mentre Tiefenthaler del Dipartimento di Ingegneria meccanica e dei processi lavora alla tecnologia di nuova generazione per la mineralizzazione dell'anidride carbonica, Gutknecht e il suo team in continua crescita si occupano degli aspetti operativi: Nell'ambito di un progetto sostenuto dall'Ufficio federale dell'ambiente e dalla Fondazione svizzera per il clima, Neustark ha installato un impianto pilota sotto forma di un container arancione brillante sul sito dell'impianto di calcestruzzo Kästli a Rubigen, Berna. In questo container, il materiale di demolizione di vecchi edifici in calcestruzzo viene ripulito dalla CO2 scorreva intorno. Dopo un bagno di anidride carbonica di circa due ore, i vecchi frammenti di calcestruzzo hanno ancora lo stesso aspetto, ma pesano molto di più perché contengono circa dieci chilogrammi di CO2 per metro cubo.
L'anidride carbonica forma un legame chimico con l'ossido di calcio contenuto nel vecchio cemento. In questo modo si creano cristalli di calcare che affinano in modo significativo le proprietà del calcestruzzo frantumato: se l'impianto di betonaggio impasta il calcestruzzo riciclato dal materiale di demolizione trattato, ha bisogno di meno cemento per ottenere la stessa resistenza. La produzione globale di calcestruzzo rilascia ogni anno nell'aria oltre due miliardi di tonnellate di anidride carbonica, pari a circa il sette per cento delle emissioni antropiche di CO2-emissioni. Quindi, se la tecnologia di Neustark contribuisce a ridurre il fabbisogno di cemento nell'industria delle costruzioni, le emissioni di CO2-L'equilibrio è garantito dal fatto che una parte delle emissioni derivanti dalla produzione di cemento può essere evitata.
Tuttavia, sia Gutknecht che Tiefenthaler sottolineano un ulteriore aspetto: Con il loro trucco di estrarre l'anidride carbonica dall'aria, inserirla nei pori del granulato di calcestruzzo e legarla in modo permanente come il calcare, possono catturare la CO2-possono anche essere invertite. "Esistono pochissimi approcci tecnici per ottenere emissioni realmente negative", afferma Tiefenthaler. L'applicazione di questi approcci è stata finora limitata, in particolare perché mancano modelli di incentivo e di business convincenti. "A questo proposito, il nostro approccio è unico perché dimostriamo che è possibile creare valore aggiunto legando l'anidride carbonica", afferma Gutknecht. "Le raffinate proprietà della demolizione del calcestruzzo dimostrano che le emissioni negative non hanno solo un costo, ma possono addirittura generare un profitto economico", afferma Gutknecht.
Questo testo è stato pubblicato nel numero 20/04 della rivista l'ETH Il globo pubblicato.