Produrre cemento, acciaio e vetro senza emettere CO2 è possibile

Noi tutti, da bambini, ci siamo divertiti a bruciare dei buchi in fogli di carta utilizzando una lente d’ingrandimento per concentrare i raggi solari. Il principio è estremamente semplice: la luce è energia e la lente permette di concentrare questa energia su un solo punto, ed ecco che il punto si riscalda fino a dar fuoco alla carta. Per concentrare la luce si può utilizzare una lente, oppure degli specchi. Si narra che già nell’antichità Archimede riuscì a incendiare le navi dei Romani, che assediavano la sua città dal mare, utilizzando come specchi degli scudi in bronzo ben levigati. Tra la fine dell'Ottocento e l'inizio del Novecento molte furono le macchine realizzate con sistemi a concentrazione solare. Questo metodo per utilizzare l’energia solare fu poi abbandonato a causa dell'avvento del petrolio. Le ricerche in questo campo ripresero tuttavia negli anni ’70 del secolo scorso a seguito alla crisi petrolifera del 1973.

Ci sono tre modi per sfruttare l’energia solare

Il primo è quello che utilizza i pannelli solari termici che troviamo sui tetti di molte delle nostre case, pannelli in cui scorre un liquido che assorbe il calore e che permettono dunque di sfruttare direttamente il calore del sole per esempio per riscaldare l’acqua dei nostri rubinetti o dei nostri termosifoni. A livello industriale questo principio è applicato nelle centrali solari termiche che utilizzano centinaia di questi collettori di calore, detti anche “Absorber”, per raccogliere il calore, che viene poi distribuito ad esempio tramite reti di teleriscaldamento.

Il secondo modo di sfruttare l’energia solare è quello utilizzato nelle centrali solari a concentrazione, dette anche CSP Concentrated Solar Power, nelle quali centinaia di specchi concavi concentrano la luce su un solo punto in cima a una torre, dove si raggiungono temperature fino a oltre 600 gradi con le quali viene prodotto vapore che serve a sua volta a far girare una turbina che produce elettricità. Diverse centrali di questo tipo sono in funzione in California nel deserto di Mojave e in Spagna presso Siviglia

Il terzo modo è utilizzando i pannelli fotovoltaici, che trasformano parte dei raggi solari direttamente in elettricità. Da notare che un pannello fotovoltaico di alta qualità riesce a catturare circa il 18% dell’energia solare. In altre parole, l'82% dell'energia proveniente dal sole non può (ancora) essere convertita in elettricità. Questo bassissimo rendimento complessivo di un impianto fotovoltaico viene controbilanciato dal prezzo dell’energia elettrica che esso genera, prezzo che negli ultimi due anni è sceso sotto il livello di quello dell'elettricità prodotta tramite i vari combustibili fossili.

L’industria è responsabile del 20% delle emissioni di CO2

Stando all’IPCC l’industria è responsabile a livello globale del 21% delle emissioni di CO2. La sola produzione di cemento genera il 7% delle emissioni di CO2 (fonte: Agenzia Internazionale dell’Energia), a questo si aggiungono altri prodotti estremamente energivori come la produzione di acciaio, di diversi altri metalli e del vetro. Quel che hanno in comune è che la loro produzione richiede temperature molto elevate, le quali erano finora ottenibili a costi ragionevoli soltanto con combustibili fossili. Per funzionare, un altoforno per la fusione dell'acciaio necessita infatti di una temperatura di 1'100°C, per produrre il vetro di gradi ne occorrono dai 1'200 fino ai 1'500 a seconda del tipo di vetro e per produrre cemento a partire da calcare, argilla e sabbia di quarzo ne occorrono 1'450°C. Mentre per l’eliminazione delle emissioni di CO2 di settori come la produzione di elettricità, il traffico e il riscaldamento degli immobili le soluzioni tecniche sono oramai disponibili a costi spesso addirittura inferiori di quelle con combustibili fossili, per altri settori, come ad esempio l’aviazione civile e, appunto, i processi industriali più energivori ciò sembrava finora impossibile.

La soluzione si chiama CSP Concentrated Solar Power

Ora però una start-up californiana, la Heliogen, ha dimostrato che con una centrale solare a concentrazione ciò è possibile, a condizione di far ricorso all’intelligenza artificiale. Per aumentare la temperatura nel punto focale della sua centrale solare a concentrazione, la Heliogen ha infatti creato, tramite intelligenza artificiale, un sofisticato software che permette di orientare in tempo reale e con estrema precisione gli specchi della centrale, aumentandone in modo massiccio il rendimento. Heliogen è così riuscita a generare temperature superiori ai 1'000 gradi centigradi, il che equivale a un quinto della temperatura della superficie solare. La start-up è finanziata da Bill Gates, il fondatore di Microsoft, e da Patrick Soon-Shiong, un chirurgo, professore universitario, ricercatore, filantropo, imprenditore e proprietario del Los Angeles Times. I due multimiliardari sono infatti convinti che la tecnologia brevettata dalla Heliogen sarà in grado di ridurre drasticamente le emissioni di CO2 del settore industriale.

Con centrali CSP si potrebbe produrre anche idrogeno

Attualmente la Heliogen gestisce solo una centrale CSP sperimentale di piccole dimensioni a Lancaster, in California. Ma la ditta è convinta che con una centrale di grandi dimensioni con migliaia di specchi si possano raggiungere temperature anche ben al disopra dei 1500°C. A quel punto si potrebbe anche produrre idrogeno a partire dall’acqua, senza passare dall’elettrolisi (la scissione delle molecole di acqua/H₂O in ossigeno/O e idrogeno/H tramite l'elettricità) che è un processo estremamente costoso perché necessita di enormi quantità di elettricità. Ricordiamo che oggi gran parte dell’idrogeno viene prodotto a partire dal metano, dal carbone e dal coke petrolifero, quest'ultimo è un carbone ottenuto durante la distillazione del petrolio tramite la carbonizzazione delle frazioni di petrolio che hanno una elevata temperatura di ebollizione. Una produzione di idrogeno a buon mercato permetterebbe di elettrificare anche i trasporti a lunga percorrenza, come la navigazione commerciale e l’aviazione civile. Basterebbe infatti munire navi e aerei di pile a combustibile, che, come si sa, funzionano all’idrogeno.

Come rileva la MIT Technology Review, prima di poter cantare vittoria, rimangono comunque ancora da risolvere diversi problemi di non poco peso, come ad esempio come conservare le temperature raggiunge e come trasportare il calore ottenuto nei siti di produzione.

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