Asciugatura a gas con il 90% di energia in meno
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Gas naturale, biometano, idrogeno: Ognuno di questi deve essere rimosso dal suo contenuto di acqua prima di poter entrare nella rete di distribuzione. In passato questo processo richiedeva l'uso di sostanze chimiche e di alte temperature. Una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori del Fraunhofer è ora in grado di ottenere questo risultato utilizzando membrane nanoporose, in modo rapido, pulito e con un consumo energetico minimo. Ciò consente ai fornitori di energia rinnovabile di tagliare i costi e ridurre le emissioni dannose per il clima.
L'acqua presente nell'idrogeno, nel gas naturale o nel biometano può causare la corrosione delle condutture e compromettere la funzionalità di valvole o sensori. Finora, la prassi consisteva nell'esporre questi gas al trietilenglicole (TEG), in modo che l'acqua venisse assorbita prima di essere immessa nella rete. L'acqua assorbita viene poi rimossa per distillazione a circa 200 gradi Celsius prima di riutilizzare la sostanza chimica. Tuttavia, le alte temperature inducono la formazione di cricche nel TEG, generando gas indesiderati che devono essere bruciati, un processo estremamente dispendioso in termini energetici che genera anche emissioni di carbonio.
I ricercatori della sede di Hermsdorf dell'Istituto Fraunhofer per le tecnologie e i sistemi ceramici IKTS hanno ora sviluppato un metodo innovativo che utilizza la tecnologia a membrana per estrarre l'acqua dal gas. Il gas passa attraverso un tubo di ceramica, la cui superficie interna è rivestita da uno strato ultrasottile e nanoporoso che funge da membrana. Poiché le molecole d'acqua sono più piccole di quelle del gas, passano attraverso i pori e vengono condotte all'esterno attraverso il supporto ceramico poroso.
Hannes Richter, responsabile delle membrane nanoporose, elenca i vantaggi: "Questo processo fa a meno del TEG e quindi elimina la necessità di distillazione e incenerimento dei residui. Risparmiamo fino al 90% dell'energia utilizzata dalla tecnologia convenzionale di essiccazione dei gas e non ci sono emissioni di carbonio".
Impianto pilota a Stassfurt, dove il gas viene essiccato utilizzando membrane in ceramica.
© Fraunhofer IKTS
Nanopori per le molecole d'acqua
I ricercatori del Fraunhofer hanno dovuto sviluppare una membrana nanoporosa che permettesse all'acqua di separarsi dai gas. Lo spessore dello strato è misurato in micrometri, mentre i pori hanno una dimensione di 0,4 nanometri. Questa membrana è applicata a un supporto ceramico. Le molecole d'acqua hanno una dimensione di 0,28 nanometri e possono quindi passare attraverso i pori. Adrian Simon, Group Manager for Zeolite and Carbon Membranes, descrive la sfida: "Il materiale nanoporoso che ricopre il supporto ceramico deve formare uno strato perfettamente sigillato, altrimenti non può funzionare come membrana per le molecole d'acqua e permetterebbe anche il passaggio di molecole più grandi".
Il team di ricerca ha sviluppato due tipi di membrana: una a base di carbonio per l'essiccazione del biometano, l'altra a base di zeolite per il gas naturale e l'idrogeno. La zeolite è un materiale cristallino composto da silicio, alluminio e ossigeno. La membrana viene creata versando una sospensione di zeolite nel tubo di ceramica, dove aderisce alla superficie interna. Dopo aver riscaldato il tubo in una soluzione di sintesi, i cristalli di zeolite crescono e si fondono in uno strato chiuso.
La versione a base di carbonio viene prodotta da un precursore organico, anch'esso versato nel tubo. Si forma così un sottile strato polimerico con proprietà definite, che viene poi riscaldato in assenza di ossigeno. A temperature superiori a 700 gradi Celsius, il polimero si trasforma in uno strato di carbonio non poroso.
Il team di ricerca è riuscito a ottimizzare il processo di produzione dopo numerosi test e fasi di sviluppo, durante i quali l'istituto Fraunhofer di Hermsdorf ha potuto attingere ad anni di esperienza nella tecnologia delle membrane di alta gamma e nella manipolazione di materiali ceramici.
Ridurre il costo dell'energia rinnovabile
Il ricercatore del Fraunhofer Richter descrive il prossimo passo: "Attualmente stiamo scalando la tecnologia dalle dimensioni dell'impianto pilota all'implementazione industriale".
La tecnologia Fraunhofer offre agli operatori dei gasdotti l'opportunità di essiccare il biometano, il gas naturale o l'idrogeno in modo rapido e pulito, riducendo al minimo il consumo di energia, proteggendo così i loro sistemi e tagliando i costi. Gli esperti del Fraunhofer IKTS possono consigliare i fornitori di energia, gli operatori di rete e i produttori di impianti sulla costruzione di impianti pilota o collaborare con loro per sviluppare i concetti corrispondenti.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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