I combustibili metallici in polvere sono solo un fuoco di paglia?

Non è un segreto che i combustibili fossili si stiano rapidamente estinguendo. Man mano che la tecnologia avanza, stanno scomparendo sempre più velocemente. Molte delle nostre attuali dipendenze dai combustibili fossili sono associate ad applicazioni ad alta energia come i trasporti. Poiché è improbabile che i trasporti globali subiranno mai un declino per una ragione diversa dalla stessa carenza di carburante, è imperativo trovare qualcosa che possa replicare l’elevata densità energetica dei combustibili fossili. Oppure si torna al tavolo da disegno e si cambia l’intero ambito del trasporto globale.

L’energia, soprattutto solare ed eolica, non può essere creata in tutto il mondo. Tradizionalmente, l’energia viene creata in situ e spedita in altri luoghi che ne hanno bisogno. Le soluzioni proposte per i vettori energetici a zero emissioni di carbonio – batterie e idrogeno – hanno tutte i loro punti deboli. Le batterie sono un’opzione abbastanza sicura, ma la loro densità energetica è piuttosto scarsa. La densità energetica dell'idrogeno è maggiore, ma la sua infiammabilità lo rende pericolosamente volatile da immagazzinare e trasportare.

Recentemente, un gruppo di ricercatori della McGill University in Canada ha pubblicato un documento che esplora l’uso delle polveri metalliche come combustibile a zero emissioni di carbonio del futuro. Sebbene le polveri metalliche potrebbero potenzialmente essere utilizzate come fonti di energia primaria, la soluzione transitoria che propongono è quella di utilizzarle come fonti secondarie alimentate dall’energia eolica e solare.

L’idea di utilizzare combustibile in polvere come fonte di energia non è nuova. Uno dei prototipi di Rudolf Diesel della fine del 1800 funzionava per un breve periodo con polvere di carbone, una risorsa abbondante nelle miniere della vicina valle della Ruhr. Dopo aver fatto funzionare il motore per meno di dieci minuti, scoprì che si erano già accumulati dei fanghi e immaginò che provenissero dalla cenere prodotta durante la combustione. La polvere di carbone è stata ulteriormente testata in Germania e i risultati sono stati sostanzialmente gli stessi: accumulo di fanghi interni e un tasso di usura più elevato. La ricerca sul combustibile a base di carbone riprese negli Stati Uniti dopo la seconda guerra mondiale e si concentrò sull’uso di un impasto liquido di carbone prodotto con diesel. Tuttavia, la cenere ha causato un'usura più rapida delle fasce elastiche.

Con il passare dei decenni, le aziende produttrici di diesel hanno sperimentato l’utilizzo di particelle di carbone sempre più piccole e hanno anche provato a mescolarle con acqua invece che con diesel. Negli anni ’80, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha lanciato un programma per collaborare con le aziende produttrici di diesel sulla questione dei liquami di acqua e carbone. Una di queste società, una divisione della General Electric, aveva fatto grandi passi avanti all’inizio degli anni ’90, ma a quel punto i prezzi del petrolio erano in calo. Il programma DoE è stato tagliato.

L’alluminio e altri metalli rappresentano una scelta energetica alternativa interessante per un paio di motivi. Ancora più importante, hanno un'alta densità di energia. Questo è in parte il motivo per cui la polvere di alluminio viene utilizzata nei fuochi d'artificio e nei razzi. Il metallo può essere utilizzato per realizzare anodi di batterie, anche se le batterie metallo-aria devono essere molto più grandi per competere con le densità di potenza delle tradizionali celle a combustibile. In termini più ingegnosi, le polveri metalliche vengono utilizzate come combustibili autonomi per la combustione diretta dal livello delle infrastrutture fino ai motori delle automobili.

Tuttavia, esiste un problema con l’utilizzo diretto delle polveri metalliche come carburante per i motori a combustione interna. Proprio come la polvere di carbone e i liquami, la combustione di alluminio e polvere di ferro produce ossidi metallici solidi. Questi ossidi ricopriranno il motore, lo consumeranno più velocemente e alla fine sporcheranno i pistoni.

L’ironia è che quegli ossidi metallici solidi sono la chiave della rinnovabilità. Possono essere raccolti e riciclati in combustibile in polvere utilizzando le infrastrutture esistenti alimentate da energia eolica e solare. Ma più sono piccoli, più è difficile raccoglierli. E in realtà, a meno che il riciclaggio non venga effettuato in modo efficiente, le polveri metalliche non sono un buon sostituto del petrolio o del diesel.

I motori a combustione esterna sono un'applicazione migliore per il carburante in polvere metallica. Il sistema di combustione può svolgere il lavoro sporco a distanza di sicurezza. Può filtrare gli ossidi metallici con un ciclone e inviare solo calore pulito al motore. Ancora più promettente dell’alluminio è la polvere di ferro. Brucia a 1.000 gradi Celsius a una temperatura inferiore rispetto all'alluminio e produce particelle di ossido più grandi che sono facili da raccogliere.