{"id":131970,"date":"2013-04-04T07:46:45","date_gmt":"2013-04-04T06:46:45","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=131970"},"modified":"2013-04-01T08:00:07","modified_gmt":"2013-04-01T07:00:07","slug":"prototipos-de-hornos-solares-para-produccion-de-hidrogeno-mediante-ciclos-termoquimicos-de-dos-etapas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2013\/04\/04\/131970","title":{"rendered":"Prototipos de hornos solares para producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante ciclos termoqu\u00edmicos de dos etapas"},"content":{"rendered":"

[Autora: Carolina Herrad\u00f3n-Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos]<\/strong><\/p>\n

La producci\u00f3n termoqu\u00edmica de H2<\/sub> y O2<\/sub> a partir de agua involucra una serie etapas endo- y exot\u00e9rmicas, que convierten dicha materia prima en cantidades estequiom\u00e9tricas de H2<\/sub> y O2<\/sub> empleando el calor como \u00fanica fuente de energ\u00eda. Se trata de un proceso muy atractivo porque convierte directamente la energ\u00eda t\u00e9rmica en energ\u00eda qu\u00edmica almacenable a temperaturas que, en funci\u00f3n del ciclo termoqu\u00edmico empleado, pueden ser alcanzadas por diferentes fuentes de energ\u00eda (energ\u00eda nuclear y energ\u00eda solar principalmente) [1].<\/p>\n

Los ciclos termoqu\u00edmicos para disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de agua se han estudiado desde los a\u00f1os 1960-1970, existiendo en la actualidad m\u00e1s de 2000, que se clasifican en funci\u00f3n del compuesto qu\u00edmico con el que se inicia el ciclo [2,3].<\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os han cobrado significativa importancia los ciclos termoqu\u00edmicos basados en \u00f3xidos met\u00e1licos que transcurren, generalmente, a trav\u00e9s de dos etapas:<\/p>\n

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La primera etapa, reacci\u00f3n (1), consiste en la reducci\u00f3n t\u00e9rmica del \u00f3xido met\u00e1lico, denominada tambi\u00e9n etapa de activaci\u00f3n, con la consecuente liberaci\u00f3n de ox\u00edgeno. Normalmente es endot\u00e9rmica y, dependiendo del \u00f3xido met\u00e1lico utilizado, se requiere una temperatura determinada como, por ejemplo, 900 \u00baCpara el sistema Co3<\/sub>O4<\/sub>\/CoO, 1200 \u00baC en el caso de los sistemas Fe2<\/sub>O3<\/sub>\/Fe3<\/sub>O4,<\/sub> y de hasta 3700 \u00baC en el caso del TiO2<\/sub>.<\/p>\n

Durante la segunda etapa, reacci\u00f3n (2), se lleva a cabo la hidr\u00f3lisis mediante la cual se produce H2<\/sub> y se recupera el \u00f3xido met\u00e1lico inicial. Es una reacci\u00f3n exot\u00e9rmica que suele producirse a temperaturas inferiores a1000 \u00baC [4].<\/p>\n

Las temperaturas \u201cmoderadas\u201d requeridas por los ciclos basados en \u00f3xidos de hierro (ferritas) hacen que sea muy atractivo para ser combinado con tecnolog\u00edas de energ\u00eda solar concentrada, obteniendo as\u00ed una forma totalmente limpia y renovable de obtener hidr\u00f3geno. Por todo ello, en el Centro Aeroespacial Alem\u00e1n (DLR) han sido dise\u00f1ados, construidos y probados dos prototipos de horno solar, para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno a trav\u00e9s de ciclos termoqu\u00edmicos principalmente basados en \u00f3xidos de hierro. El primer reactor, mostrado en la Figura1.(a), consta de una \u00fanica c\u00e1mara monol\u00edtica y un soporte de canales de carburo de silicio (SiC) con forma de panal de abeja dentro de un reactor-receptor solar. Dicho soporte es recubierto con ferrita en polvo, en una configuraci\u00f3n similar a la del convertidor catal\u00edtico de los tubos de escape en los coches. Con esta configuraci\u00f3n se consigue llevar a cabo todo el proceso de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno en un \u00fanico receptor-reactor solar, se reduce significativamente la temperatura del proceso y se minimiza la recombinaci\u00f3n de O2<\/sub> e H2<\/sub> fijando el ox\u00edgeno en el \u00f3xido met\u00e1lico. La dificultad que presenta esta instalaci\u00f3n es que, a elevadas temperaturas, el \u00f3xido de hierro no es qu\u00edmicamente inerte al SiC. Sin embargo, no est\u00e1 muy claro d\u00f3nde y por qu\u00e9 puede afectar este componente al desarrollo de la reacci\u00f3n.<\/p>\n

Con el fin de disponer de un sistema semi-continuo con suministro continuo de hidr\u00f3geno, el DLR ha construido un segundo reactor que consta de dos canales separados con absorbedores en forma de panal de abeja en cada uno de ellos (Figura 1.(b)) [5]. De este modo, mientras en uno de los canales tiene lugar la reacci\u00f3n de disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de agua a unos800 \u00baC, en el otro canal el material est\u00e1 siendo regenerado a temperaturas de hasta1200 \u00baC. Los resultados experimentales obtenidos del reactor prototipo, as\u00ed como las simulaciones realizadas con el modelo de reactor correspondiente, apoyan el desarrollo y verificaci\u00f3n de una estrategia de proceso para la producci\u00f3n continua de hidr\u00f3geno a gran escala [6].<\/p>\n

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\u00a0Figura 1. Reactor solar con (a) \u00fanico soporte de canales de SiC en disposici\u00f3n de panal de abeja\u00a0 y (b) dos canales con absorbedores en forma de panal de abeja, construidos por DLR, Colonia, Alemania [6, 7].<\/p>\n

[1] Bingjun, X.; Yashodan, B., Mark, E.D.; Low-temperature, manganese oxide-based, thermochemical water splitting cycle<\/em>; www.pnas.org\/cgi\/doi\/10.1073\/pnas.1206407109<\/a> (2012).<\/p>\n

[2] Montes, M.J.; Ab\u00e1nades, A.; Mart\u00ednez-Val J.M.; Producci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de energ\u00eda solar<\/em>. Centro de An\u00e7alisis de Desarrollo Energ\u00e9tico Sostenible FFII, grupo de termotecnia, ETSII-UPM, (2010).<\/p>\n

[3] Kodama, T.; Nobuyuki, G.; Thermochemical Cycles for High-Temperature Solar Hydrogen Production<\/em>; Chemical reviews (2007)<\/p>\n

[4] Charvin, P.; Abanades, S.; Lemort, F.; Flamant,G.; <\/strong>Hydrogen Production by Three-Step Solar Thermochemical Cycles Using Hydroxides and Metal Oxide Systems<\/em>; Energy and Fuels 21 (2007) 2919-2928.<\/p>\n

[5] Xiao, L.; Wu, SY.; Li, YR.; Advances in solar hydrogen production via two-step water-splitting thermochemical cycles based on metal redox reactions<\/em>; Renewable Energy 41 (2012).<\/p>\n

[6] Roeb, M.; Neises, M.; S\u00e4ck, J-P.; Rietbrock, P., Monnerie, N.; Dersch, J.; Operational strategy of a two- step thermochemical process for solar hydrogen production. <\/em>International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009).<\/p>\n

[7] Roeb, M.; Sattler, C.; Kl\u00fcser, R.; Monnerie, N.; Oliviera, L.; Konstandopoulos, AG.; Solar hydrogen production by a two-step cycle based on mixed iron oxides. <\/em>Journal of Solar Energy Engineering 128 (2) (2006) 125-33. <\/em><\/p>\n

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[Autora: Carolina Herrad\u00f3n-Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos] La producci\u00f3n termoqu\u00edmica de H2 y O2 a partir de agua involucra una serie etapas endo- y exot\u00e9rmicas, que convierten dicha materia prima en cantidades estequiom\u00e9tricas de H2 y O2 empleando el calor como \u00fanica fuente de energ\u00eda. Se trata de un proceso muy atractivo porque convierte directamente la energ\u00eda t\u00e9rmica en energ\u00eda qu\u00edmica almacenable a temperaturas que, en funci\u00f3n del ciclo termoqu\u00edmico empleado, pueden ser alcanzadas por diferentes fuentes de energ\u00eda (energ\u00eda nuclear y energ\u00eda solar principalmente) [1]. Los ciclos termoqu\u00edmicos para disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[545,543,546],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131970"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=131970"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131970\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":131976,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131970\/revisions\/131976"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=131970"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=131970"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=131970"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}