Un tempo comune nei settori industriale, dei trasporti, residenziale e commerciale, il carbone negli Stati Uniti è stato principalmente utilizzato per generare elettricità negli ultimi quarant’anni. Ma con la domanda di carbone in calo come alternative più pulite, con prezzi storicamente bassi , i produttori di carbone dovevano prepararsi al peggio o adattarsi per sopravvivere. Fortunatamente, in termini di innovazione, gli scienziati hanno trovato usi completamente nuovi per il minerale che potrebbero alimentare una nuova industria manifatturiera ad alta tecnologia basata sul carbonio.
Negli Stati Uniti, sono già in corso sforzi per convertire il carbone in materiali avanzati, come fibre di carbonio, dispositivi medici a base di grafene e persino resine al carbonio, che possono essere utilizzati nella produzione avanzata come la stampa 3D.
Il grande potenziale del carbone non è passato inosservato alla società carbon tech Ramaco Carbon . Dal 2014, l’azienda ha aperto la strada al concetto di creare una “Carbon Valley” in cui il carbonio a basso costo del carbone, insieme a nuove ricerche e moderne tecniche di produzione, può essere sinergicamente utilizzato per sviluppare prodotti e materiali avanzati in carbonio. Ora, l’azienda ha collaborato con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ‘s Oak Ridge National Laboratory (ORNL) per esplorare le innovazioni in grado di convertire il carbone in, ad alto valore avanzati prodotti di carbonio e materiali.
Poiché il carbone è composto principalmente da carbonio, i ricercatori dell’azienda sono alla ricerca di possibilità che espandano l’uso commerciale del carbone e le proprietà chimiche del carbone e contribuiscano a far avanzare il campo del carbone verso i prodotti. Con sede a Sheridan, Wyoming, il più grande stato produttore di carbone negli Stati Uniti, Ramaco Carbon si è concentrato sull’uso del carbone per creare prodotti e materiali avanzati in carbonio. L’anno scorso, il CEO della società ha annunciato la creazione di una piattaforma di tecnologia del carbonio integrata verticalmente, la prima della nazione, che comprende la miniera di carbone di Ramaco nel Wyoming, i campus del parco di ricerca iCAM (Carbon Advanced Materials) nel Wyoming e nella Virginia dell’ovest e la futura miniera di iPark – impianti di produzione del porto che useranno carbone della miniera di Brook per creare prodotti di carbonio di alto valore con zero emissioni nette.
Finanziato dall’Office of Fossil Energy e Ramaco Carbon, questo accordo quinquennale di ricerca e sviluppo cooperativo ombrello (CRADA) consentirà al laboratorio nazionale e alla società di lavorare insieme su nuovi progetti che utilizzano il carbone come materia prima per la produzione di fibre di carbonio, costruendo prodotti e compositi, nonché elettrodi per dispositivi di accumulo dell’energia e nuovi materiali per la produzione additiva, compresa la stampa 3D su larga scala.
“Siamo profondamente onorati di essere partner del principale innovatore del DOE nei materiali avanzati in carbonio e nella produzione di additivi”, ha affermato il presidente e CEO di Ramaco Carbon, Randall Atkins. “Siamo orgogliosi di aver costruito le nostre relazioni con il team di livello mondiale di ORNL negli ultimi anni e ora siamo entusiasti di formare una partnership più diretta. Non vediamo l’ora di lavorare al loro fianco per sviluppare ricerche all’avanguardia su come possiamo utilizzare la risorsa più abbondante della nostra nazione – il carbone – per fabbricare e commercializzare prodotti avanzati di alto valore e nuovi materiali in carbonio. Speriamo che collaborando con ORNL e gli altri laboratori nazionali, possiamo creare nuovi modi di utilizzare il carbone per stimolare l’economia e contribuire a garantire la nostra sicurezza nazionale “.
Per quasi quattro anni, Ramaco Carbon e ORNL hanno collaborato alla ricerca correlata nell’ambito di accordi separati e la società è anche parte di cinque attuali sovvenzioni DOE nel settore del carbone. Inoltre, nel 2018 ha già stipulato un accordo CRADA simile con un altro laboratorio DOE, il National Energy Technology Laboratory (NETL), che prevedeva l’uso del carbone per produrre grafene, nanotubi di carbonio e recuperare minerali delle terre rare.
Ramaco Carbon 3D stampa prodotti in carbonio, come questo reticolo solido realizzato in poliuretano rigido derivato dal carbonio (Credit: Ramaco Carbon)
Questo nuovo accordo riunisce la scienza e l’ingegneria chimica e dei materiali di ORNL, la scienza computazionale e le avanzate competenze manifatturiere con le strutture di ricerca, produzione e stampa 3D basate sul carbone di Ramaco Carbon in fase di sviluppo vicino a Sheridan, Wyoming.
“ORNL è lieto di collaborare con Ramaco Carbon per spingere i confini di ciò che è possibile con le nostre capacità scientifiche e tecnologiche per supportare le scoperte del carbone verso i prodotti”, ha dichiarato Moe Khaleel, vice responsabile di ORNL per i progetti. “Oak Ridge ha una ricca storia di ricerca scientifica e strutture a supporto dell’esplorazione, della produzione e dell’uso della nazione di abbondante energia fossile domestica e non vediamo l’ora di continuare la nostra missione in questo settore.”
Essendo il più grande laboratorio scientifico ed energetico del DOE, Oak Ridge National Lab ha esperienza nella ricerca e nello sviluppo di nuovi materiali che possono essere utilizzati nella produzione additiva, nonché nella tecnologia di stampa 3D. Nel 2014 il laboratorio ha progettato e prodotto la prima auto stampata in 3D al mondo con i partner Local Motors e Cincinnati Incorporated. Più recentemente ha vinto un Guinness World Record per il più grande oggetto stampato in 3D solido del mondo, uno strumento di rifinitura e perforazione per la valutazione da parte della Boeing Company. Lungo la strada, ORNL ha stampato veicoli, edifici, macchinari pesanti e persino un sommergibile, sviluppato nuovi tipi di materiali per la stampa 3D , nonché esplorato la possibilità di produrre un reattore nucleare stampato in 3D .
Inoltre, l’interesse di Ramaco Carbon per lo sviluppo del carbone-prodotti si allinea alle aree in cui ORNL ha una vasta esperienza e esperienza. ORNL è anche sede del Carbon Fiber Technology Facility, l’unica struttura utente designata di DOE dedicata all’innovazione in fibra di carbonio, con una piattaforma personalizzabile che convalida le nuove tecnologie di conversione su scala di semi-produzione.
Gli Stati Uniti hanno le riserve di carbone più grandi e più economiche al mondo, con il 28 percento delle riserve di carbone recuperabili , ma la maggior parte di queste va alla produzione di energia, qualcosa che potrebbe cambiare nel prossimo futuro poiché l’industria carboniera sta attualmente subendo gli effetti collaterali del pandemia con gli investitori che si rendono conto che il carbone prodotto e bruciato in tutto il mondo per la produzione di energia non è la scommessa più pulita. Il solo cinque percento attualmente utilizzato per convertire il carbone in prodotti specializzati di valore più elevato, come i materiali di stampa 3D, potrebbe aumentare man mano che la domanda aumenta nel corso del 21 ° secolo, ma per ora possiamo aspettarci che questa nuova partnership porti avanti la ricerca nello sviluppo di tecnologie avanzate usi alternativi per il carbone.
