Combustión inversa: Aviación sostenible con queroseno solar

[Autor: Salvador Luque-Investigador Titular, Instituto IMDEA Energía]

El ser humano necesita energía para vivir. Calentar la comida, cargar el teléfono, ver la televisión, navegar por internet, o viajar, serían imposibles sin energía. Afortunadamente la naturaleza ofrece su abundante energía en muy diversas formas y, a lo largo de la historia, el ser humano se ha vuelto extraordinariamente eficiente transformándolas para poder aprovecharla. Dos formas de energía son particularmente útiles: la mecánica, asociada al movimiento, y la eléctrica, por su gran versatilidad. Ambas suelen obtenerse en gran medida a partir de procesos de combustión, donde la elevada energía interna de un combustible (generalmente fósil), ha de liberarse en forma de calor como paso previo. La combustión origina como subproductos vapor de agua y dióxido de carbono (CO2), responsable principal éste último del calentamiento global mediante efecto invernadero.

El Instituto IMDEA Energía está inmerso en una ambiciosa línea de investigación donde se pretende hacer justo lo contrario: tomar CO2 y vapor de agua, aportar calor, y obtener combustible como resultado. La idea básica es materializar un proceso hipotético de combustión inversa. El CO2 y vapor de agua pueden obtenerse de la atmósfera, el aporte calorífico se realiza mediante energía solar concentrada, y el combustible de síntesis consiste en hidrocarburos líquidos. Enmarcado en el proyecto SUN-to-LIQUID del programa europeo Horizonte 2020, el objetivo fundamental del trabajo es la validación experimental a escala pre-comercial de toda la cadena de procesos termoquímicos utilizando energía solar real.

La tecnología se basa en la aplicación cíclica de reacciones redox (reducción-oxidación) en óxidos metálicos a temperaturas por encima de 1000 ºC. El reactor solar donde ocurren las reacciones químicas está especialmente diseñado para potenciar la transferencia de calor y acelerar las cinéticas de reacción. En una primera fase, la energía solar concentrada se emplea en convertir los compuestos de entrada (CO2 y vapor de agua) en gas de síntesis. El llamado gas de síntesis es esencialmente una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono (CO), que son los ladrillos fundamentales para la producción de combustibles sintéticos. Este gas se convierte en queroseno en una segunda etapa basada en la técnica Fischer-Tropsch, desarrollada mediado el s. XX y comercialmente disponible en la actualidad.

Al consumir CO2 atmosférico, la obtención de combustibles de síntesis mediante energía solar se sitúa entre los procesos bien de muy baja huella bien potencialmente neutros en emisiones de carbono. El gas de síntesis producido en la primera etapa del proceso puede también transformarse en metanol, gasolina, diésel o casi cualquier otro tipo de hidrocarburo líquido, e incluso plásticos. La tecnología que se desarrolle en el proyecto podrá pues emplearse para producir combustibles limpios y abundantes para aviación, automóviles y otros medios de transporte. Como beneficios adicionales, la producción sostenible de combustibles incrementará la seguridad del suministro de energía y convertirá uno de los principales gases de efecto invernadero en un recurso valioso.

El proyecto se ha enfocado inicialmente en la producción de queroseno, combustible para aviación, por el hecho de que el transporte aéreo necesita combustibles de muy alta densidad energética para operar de manera económicamente viable. Tanto los motores eléctricos como los hidrógeno (que son, por ejemplo, tecnologías ya empleadas en el transporte por carretera) conllevan el uso de componentes muy pesados para aviación. Es notorio que el célebre Solar Impulse 2 necesita una envergadura superior a la del Boeing 747 para transportar a una sola persona. Una vez que en aviación se seguirán necesitando hidrocarburos a medio y largo plazo, el queroseno sintético renovable es una de las mejores maneras de hacer que este medio de transporte sea más sostenible.

El Instituto IMDEA Energía está encargado en el proyecto SUN-to-LIQUID de la construcción de un campo solar ultra-modular y con gran concentración de la energía solar. Adyacente a las instalaciones del centro en el Parque Tecnológico de Móstoles, su desarrollo ya ha originado sustanciales avances tecnológicos en la construcción de heliostatos de pequeño tamaño. El resto de socios del proyecto está formado por BHL (Bauhaus Luftfahrt, Alemania), ETH (Escuela Politécnica Federal de Zúrich), DLR (Centro Aeroespacial Alemán), HyGear (Países Bajos), Arttic (Francia) y Abengoa Research (España).

Es justo notar que se estima que serán todavía necesarios avances en la eficiencia de la producción de combustible, una reducción de costes de construcción y operación, y posiblemente entre 10 y 15 años, para que la tecnología pueda entrar en servicio comercial a escala industrial. Pero el consorcio tiene la ambición de dar un paso crucial hacia la implantación comercial de combustibles sintéticos sostenibles obtenidos a partir de materias primas virtualmente inagotables. En cuanto a transformaciones de la energía para su mejor aprovechamiento, esta inversión de la combustión puede jugar un papel esencial en una sociedad global industrializada donde la sostenibilidad asume cada vez mayor importancia.

Más información:

1. Página web del proyecto de SUN-to-LIQUID: http://www.sun-to-liquid.eu/

2. Página web del proyecto en la Comisión Europea: http://cordis.europa.eu/project/rcn/199438_en.html

3. Sobre campos solares ultra-modulares:http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2016/05/09/133036

4. Sobre la instalación en Móstoles:http://www.lavanguardia.com/local/madrid/20160420/401244494701/mostoles-cede-una-parcela-a-imdea-energia-para-construir-instalacion-solar.html

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[...] vía alternativa de hacer posible esa visión: la combustión inversa, de la que ya hemos hablado aquí antes. Mediante ciclos termoquímicos, activados a muy alta temperatura por un gran aporte de [...]

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