Gasificación solar

[Autor: Alfonso Vidal-CIEMAT]

El término economía del hidrógeno responde a una visión de futuro donde el hidrógeno, generado de forma limpia y económica, serviría para alimentar el grueso de las necesidades energéticas de la sociedad.

En la actualidad la fuente principal de producción de H2 son los combustibles fósiles, fundamentalmente gas natural y carbón, mediante procesos de reformado y gasificación. La amplia gama de opciones en lo que se refiere a fuentes o/y aplicaciones que se reflejan en la figura 1, sin ser exhaustiva, ilustra la flexibilidad de los sistemas energéticos de hidrógeno y pilas de combustible. Por ejemplo, la energía térmica solar concentrada puede constituir una opción segura y potencialmente económica para la producción de hidrógeno a gran escala, especialmente en la Europa meridional.

 

Fig. 1.  Hidrógeno: fuentes de energía primaria, vías de conversión y aplicación [1].

A la hora de plantear una estrategia de desarrollo de las tecnologías de producción de hidrógeno, resulta esencial conocer el contexto y el esquema temporal en que se prevé su implantación. La solarización a corto plazo de los procesos de producción de H2 deberia centrarse en procesos a partir de combustibles fósiles que son hoy en dia los más utilizados, con tecnologías totalmente probadas y desarrolladas: reformado de metano, gasificación de carbón, etc. la disociación del agua sería la forma mas idonea de producir hidrógeno en el futuro, una vez se haya desarrollado la tecnología adecuada (electrolisis, ciclos termoquímicos, foto descomposición) incrementando sus eficiencias.  

La gasificación de materiales carbonosos es una ruta de gran interés en la transición a la economía del hidrógeno. En este proceso un sustrato carbonoso (carbón, biomasa, restos agrícolas, etc) es transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada en presencia de un agente gasificante (aire, oxígeno y/o vapor de agua ). La gasificación es un proceso complejo, pero la conversión química global puede ser representada por la reacción neta simplificada:

Ademas, la gasificación es una tecnología comercialmente disponible, utilizada ampliamente alrededor del mundo y preparada para tener un crecimiento significativo en el mundo. La capacidad de gasificación mundial es 45.000 MWth equivalentes, con un crecimiento potencial en potencia instalada del 70% para el año 2019 fundamentalmente en Asia (80%).

El proceso de gasificación solar presenta algunas ventajas importantes para su solarización, dado que se trata de un proceso fuertemente endotérmico, lo que permite aproivechar al máximo el aporte de calor procedente de la radiación solar. Ademas, permite un ahorro de combustible solido, se reducen considerablemente las emisiones de CO2 y se evita la etapa de separación de los subproductos de combustión. La solarización de este tipo de procesos pasa por resolver los problemas técnicos inherentes al uso de la radiación solar, es decir, variaciones típicas del flujo de energía solar, especialmente en lo que respecta al desarrollo de receptores/reactores para este objetivo.

El CIEMAT tiene una larga tradición en la producción de H2 vía combustibles fósiles con proyectos realizados a escala real en la Plataforma Solar de Almería, cabe citar la participación en proyectos como el ASTERIX (170 kW) en la década de los 90 [2], para el reformado de metano, el proyecto SYNPET (500 kW) [3],  colaboración de los siguientes Centros: CIEMAT, ETH-Zurich y PDVSA, cuyo objetivo era desarrollar la tecnología de plantas de gasificación solar de coque utilizando sistemas de concentración solar tipo torre. O más recientemente el proyecto SOLSYN (200 kW) realizado en colaboración con el PSI (Paul Scherrer Institute) que tenía como objetivo la gasificación de residuos de diferentes orígenes: residuos agrarios, residuos solidos urbanos o neumáticos.

La apuesta por tecnologias como la gasificación solar puede ser una buena oportunidad para lograr una “transición a una economía limpia” en consonancia con los acuerdos adoptados durante la cumbre del Clima (COP21), que consagra un límite al calentamiento global, pero admite el uso de combustibles fósiles, al tiempo que establece una contabilidad obligatoria de emisiones con la adopción de herramientas de transparencia, como los inventarios, para intentar que el control sea lo más efectivo.

[1] La energía del hidrógeno y las pilas de combustible. Una visión para nuestro futuro. Informe Final del Grupo de Alto Nivel. EU 20719 ES. Comisión Europea. Direccion General de Investigación. http://www.cordis.lu/sustdev/energy.

[2] Solar steam reforming of methane. Manfred Böhmer, Ulrich Langnickel and, Manuel  Sanchez . Solar Energy Materials 24 (1991) 441-448.

[3] Upscaling of a 500 kW Solar Gasification Plant. Vidal, T. Denk, L. Steinfeld, L. Zacarías 177. Schriften des Forschungszentrums Jülich Energy & Environment Volume 78-3. ISBN 978-3-89336-654-5. Proceedings 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC 2010 : Parallel Sessions Book 3.

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