Il Politecnico di Zurigo stampa in 3D il nucleo di un reattore solare in ceramica tecnica

I ricercatori dei dipartimenti Materiali Complessi e Fonti di Energia Rinnovabile del Politecnico di Zurigo (noto come ETH Zurich) sono riusciti a produrre il nucleo di un reattore solare a partire da ceramiche stampate in 3D. I reattori solari sono utilizzati per produrre combustibili liquidi a zero emissioni, come la paraffina solare per l’industria aerospaziale. Questa tecnologia ha quindi un grande potenziale per l’aviazione a basse emissioni, reso possibile dall’uso della fabbricazione additiva. Questi carburanti più ecologici potrebbero ora essere prodotti in quantità maggiori grazie alla maggiore efficienza dei reattori solari. Il progetto del Politecnico di Zurigo è finanziato dall’Ufficio federale dell’energia tedesco.

In parole povere, il reattore solare funziona illuminato dalla luce solare proveniente da uno specchio parabolico. La nuova struttura del reattore comprende un sistema stampato in 3D di strutture gerarchiche in ceramica. Queste si aprono sulla superficie rivolta verso il sole e si restringono verso la parte posteriore del reattore, intrappolando il calore. Come dimostrato dai primi test condotti con successo al Politecnico di Zurigo, l’intera struttura è in grado di raggiungere una temperatura di reazione di 1.500°C grazie alla radiazione solare concentrata. Inoltre, la radiazione solare viene trasportata in modo più efficiente nel reattore grazie ai componenti stampati in 3D. Di conseguenza, con la stessa quantità di radiazione solare si produce il doppio di combustibile solare a zero emissioni rispetto alle precedenti strutture isotrope. Le strutture ceramiche stesse sono stampate per estrusione da una pasta appositamente sviluppata. Questa pasta è composta da un gran numero di particelle di ossido di cerio per ottenere il materiale più reattivo possibile e massimizzare così l’efficienza del reattore solare.

Il Politecnico di Zurigo ha condotto ricerche sui combustibili solari per oltre dieci anni e ha già dimostrato il processo di produzione nel campus universitario nel 2019. Gli ingegneri dell’università svizzera hanno anche già sviluppato un reattore solare in cui l’energia solare concentrata viene utilizzata per produrre un gas di sintesi (idrogeno e monossido di carbonio) attraverso una serie di cicli termochimici per scindere acqua e CO2. Questo gas viene poi utilizzato per produrre combustibili solari liquidi, come la paraffina solare per gli aerei. Questi combustibili sono neutri dal punto di vista della CO2, poiché la quantità di carbonio rilasciata durante la combustione è identica a quella estratta dall’aria per produrre il gas di sintesi. Le strutture precedentemente utilizzate nel reattore avevano una porosità isotropa. La luce solare che colpisce il reattore viene attenuata al suo ingresso a causa delle proprietà della superficie. Ciò impediva al reattore di raggiungere la temperatura interna ottimale, limitandone le prestazioni e la produzione di combustibile.

Secondo il Politecnico di Zurigo, la nuova tecnologia è già molto avanzata, quindi le società spin-off del Politecnico, Climeworks e Synhelion, stanno lavorando per sviluppare ulteriormente la tecnologia, commercializzarla e collaborare con aziende come l’Aeroporto di Zurigo e Lufthansa. Inoltre, la tecnologia di stampa 3D per le strutture in ceramica è già stata brevettata. Synhelion ha anche ricevuto una licenza dal Politecnico di Zurigo. Il dottor Steinfeld, professore presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e di processo del Politecnico di Zurigo, ha dichiarato: “Questa tecnologia ha il potenziale per aumentare l’efficienza energetica degli aeromobili solari e quindi migliorare significativamente la redditività economica dei carburanti sostenibili per l’aviazione“.

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