PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO CON ENERGÍA SOLAR
Proyectos del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental dedicados a la obtención de hidrógeno mediante energía solar térmica
PRESENTACIÓN
CICLOS TERMOQUÍMICOS PARA PRODUCCIÓN DE HIDROGENO A PARTIR DE AGUA Y ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
"... Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz, con una intensidad que el carbón no puede; dado que las reservas de carbón se agotarán, nos calentaremos gracias al agua. El agua será el carbón del futuro".
Julio Verne, 1874, La Isla Misteriosa
CONTEXTO ACTUAL
Utahraptor ostrommaysi, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons
El hidrógeno renovable es una solución clave para la descarbonización de la economía y la eliminación de la dependencia de los combustibles fósiles , y es un factor esencial en el recientemente anunciado instrumento de recuperación de la UE Next Generation EU. En España, la promoción de la producción de hidrógeno renovable se incluye expresamente en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC). Desarrolla una estrategia del hidrógeno a nivel nacional , a través de la acción 1.2 (Gestión de la demanda, almacenamiento y flexibilidad), la acción 1.8 (Fomento de los gases renovables) y la acción 2.4 (Fomento del vehículo eléctrico, incluido el de pila de combustible).
Asimismo, la Ley de Cambio Climático y Transición Energética (2020) prevé el fomento de la penetración de los gases renovables, incluido el hidrógeno renovable, para reducir las emisiones específicas en los sectores de la aviación, el transporte marítimo y el transporte pesado por carretera.
El papel del Hidrógeno en Europa (2020/2050) Fuente: Propia, basado en "European Commission. Directorate-General for Energy and Transport-Hydrogen Energy and Fuel Cells-A Vision of Our Future; Office for Official Publications of the European Communities: Luxembourg, 2003; ISBN 92-894-5589-6"
JSquish, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons
El hidrógeno verde puede obtenerse por electrólisis del agua, utilizando energías renovables como fuente de electricidad y con cero emisiones de CO2. El hidrógeno también puede obtenerse a partir del agua mediante procesos termoquímicos y fotoquímicos, menos desarrollados que la electrólisis, pero que también garantizan la obtención de hidrógeno verde a partir del agua, utilizando energía renovable y con cero emisiones de CO2.
La producción termoquímica de hidrógeno a partir del agua implica una serie de reacciones químicas que convierten el agua en cantidades estequiométricas de hidrógeno y oxígeno utilizando el calor como única fuente de energía. Los sistemas solares de producción termoquímica de hidrógeno se basan principalmente en procesos de dos etapas a alta temperatura que implican la reducción térmica de un óxido metálico y su posterior reoxidación con agua, lo que da lugar a la disociación del agua en sus elementos constituyentes (hidrógeno y oxígeno) . Así, muchos materiales diferentes han sido ampliamente estudiados en la literatura atendiendo a diferentes criterios como el coste, el riesgo medioambiental o la eficiencia energética. Sin embargo, estos materiales requieren altas temperaturas de reducción (>1.300 °C) y bajas temperaturas de oxidación (~600-800 °C) que implican varios problemas debido a las altas temperaturas operativas requeridas para la etapa de reducción térmica, la estabilidad de los materiales de construcción del reactor solar, o problemas de sinterización de los óxidos metálicos que conducen a la falta de estabilidad a largo plazo . Teniendo en cuenta los problemas mencionados, es obligatorio encontrar nuevos materiales que puedan reducirse a temperaturas más bajas sin disminuir la producción de hidrógeno.
Los ciclos termoquímicos aún no son competitivos en costes en comparación con los métodos convencionales. Es necesaria una integración adecuada con dispositivos de concentración solar térmica, con los problemas previsibles que conlleve: materiales de alto coste en la integración solar. Para ello, es necesario identificar formulaciones de materiales con buena una actividad redox y una estabilidad a largo plazo en condiciones de irradiación solar concentrada.
NUESTRA EXPERIENCIA
A partir de las actividades anteriores, los miembros del grupo de investigación han propuesto y analizado nuevos materiales para la producción de H2 por división solar termoquímica del agua a temperaturas cercanas a 1.200-1.300 °C (Mn2O3/MnO, óxidos mixtos de óxido de cerio-Fe2O3, perovskitas LaSrMeO3 - Me: Co, Fe, Ni, Mn) , y nuevos materiales que trabajan a temperaturas inferiores a 1.000 °C (perovskitas LaAlMeO3 - Me: Co, Fe, Ni, Cu) . También han desarrollado métodos de fabricación de estructuras macroscópicas para reactores solarizados de cavidad y metodología analítica para la evaluación de ciclos termoquímicos de producción de H2 por descomposición termoquímica del agua.
