{"id":132008,"date":"2013-04-19T15:24:31","date_gmt":"2013-04-19T14:24:31","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=132008"},"modified":"2013-04-19T15:24:31","modified_gmt":"2013-04-19T14:24:31","slug":"ciclos-termoquimicos-basados-en-carbonatos-alcalinos-y-oxidos-metalicos-para-la-produccion-de-h2-y-gas-de-sintesis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2013\/04\/19\/132008","title":{"rendered":"Ciclos termoqu\u00edmicos basados en carbonatos alcalinos y \u00f3xidos met\u00e1licos para la producci\u00f3n de H2 y gas de s\u00edntesis"},"content":{"rendered":"

En los \u00faltimos a\u00f1os han comenzado a aparecer nuevos ciclos termoqu\u00edmicos para producci\u00f3n de hidr\u00f3geno y gas de s\u00edntesis, basados en los procesos originales propuestos en los a\u00f1os 70 pero con modificaciones en los materiales, con el fin de aumentar la eficiencia, empleando sustancias \u00a0menos t\u00f3xicas y corrosivas que suponen una mejora medioambiental.<\/em><\/p>\n

Autora: [Alicia Bay\u00f3n Sandoval\u2013 Instituto IMDEA Energ\u00eda]<\/strong><\/p>\n

La producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante ciclos termoqu\u00edmicos \u00a0constituye una tecnolog\u00eda libre de emisiones contaminantes, y capaz de ser acoplada a los sistemas de concentraci\u00f3n de energ\u00eda solar, y que por tanto \u00a0\u00a0puede considerarse como un almacenamiento de esta fuente de energ\u00eda en forma de enlaces qu\u00edmicos.<\/p>\n

Dentro de los ciclos termoqu\u00edmicos, los basados en \u00f3xidos met\u00e1licos est\u00e1n cobrando especial importancia en los \u00faltimos a\u00f1os. Estos procesos suponen el empleo de materiales los cuales son capaces de ser reducidos a temperaturas elevadas para, posteriormente, descomponer el agua (y el di\u00f3xido de carbono) y producir hidr\u00f3geno (o gas de s\u00edntesis, mezcla de H2<\/sub> y CO)\u00a0 seg\u00fan sea conveniente dependiendo del producto demandado. En esta etapa se lleva a cabo la oxidaci\u00f3n del material correspondiente, que estar\u00eda disponible para iniciar un nuevo ciclo. En los ciclos de dos etapas, requieren de las elevadas temperaturas de reducci\u00f3n >1500\u00baC, las cuales se encuentran lejos de los valores de temperatura de trabajo de las plantas de concentraci\u00f3n solar actuales y de los reactores nucleares (700-1000\u00baC).<\/p>\n

En este contexto, los investigadores del Instituto Tecnol\u00f3gico de California han propuesto una modificaci\u00f3n de los materiales del ciclo termoqu\u00edmico original de Na-Mn (NaOH-MnO), con el fin de facilitar la descomposici\u00f3n del agua en hidr\u00f3geno siguiendo el siguiente proceso:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

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Figura 1: Esquema del ciclo termoqu\u00edmico de Mn3<\/sub>O4<\/sub>\/Na2<\/sub>CO3<\/sub> [1]<\/p>\n

En el esquema se observa c\u00f3mo en una primera etapa, el Mn3<\/sub>O4<\/sub> reacciona con carbonato para producir el \u00f3xido mixto NaMnO2<\/sub> y MnO (1), formado a partir de la disociaci\u00f3n del Mn2+<\/sup> presente en la espinela Mn3<\/sub>O4<\/sub>. Posteriormente, el MnO junto con el Na2<\/sub>CO3 <\/sub>restante reaccionan con el H2<\/sub>O para producir hidr\u00f3geno y NaMnO2 <\/sub>a 850\u00baC(2). En la siguiente etapa, el \u00f3xido mixto formado se descompone mediante la extracci\u00f3n del Na+<\/sup> de la estructura, empleando H2<\/sub>O a 80\u00baC, (3), formando materiales libres de sodio como el carbonato de manganeso y Mn3<\/sub>O4<\/sub> inicial. Finalmente estos materiales se calcinan a 850\u00baC para recuperar todo el \u00f3xido de partida (4) mientras que el carbonato de sodio extra\u00eddo es recirculado a la etapa de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno (1), previa etapa de evaporaci\u00f3n del agua.<\/p>\n

Sobre este esquema inicial, los investigadores han estudiado varias modificaciones, como el empleo de carbonatos de potasio y litio (K2<\/sub>CO3<\/sub> y Li2<\/sub>CO3<\/sub>), cuyas propiedades son similares a las del carbonato de sodio. En primer lugar se evalu\u00f3 la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de las distintas fuentes de carbonatos observ\u00e1ndose que el carbonato de litio es el m\u00e1s activo de los tres compuestos para la formaci\u00f3n de hidr\u00f3geno y que en la reacci\u00f3n con carbonato de potasio, el \u00f3xido de manganeso no fue capaz de oxidarse para producir hidr\u00f3geno. Sin embargo, el empleo del carbonato de litio en lugar del carbonato original, no supuso una ventaja a\u00f1adida a la extracci\u00f3n i\u00f3nica. En el \u00f3xido mixto LiMnO2<\/sub>, los iones Li+<\/sup> no pueden intercambiarse por el H2<\/sub>O tan f\u00e1cilmente como el sodio. Adem\u00e1s en este estudio, se ha mejorado la eficacia de la extracci\u00f3n de sodio, mediante un burbujeo de CO2<\/sub> en la suspensi\u00f3n del s\u00f3lido NaMnO2<\/sub>.<\/p>\n

Tambi\u00e9n se ha sustituido el \u00f3xido met\u00e1lico Mn3<\/sub>O4<\/sub> por varias espinelas Fe3<\/sub>O4<\/sub> y Co3<\/sub>O4<\/sub>. Cuando se emple\u00f3 la espinela de cobalto (Co3<\/sub>O4<\/sub>) no se observ\u00f3 producci\u00f3n de H2<\/sub> debido a que no se produc\u00eda la oxidaci\u00f3n del Co2+<\/sup> a Co3+<\/sup>. En el caso de la espinela de hierro (Fe3<\/sub>O4<\/sub>) la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno fue m\u00e1s efectiva para el empleo de las tres fuentes de carbonato, que la espinela de manganeso. Sin embargo, la extracci\u00f3n de i\u00f3nica fue similar para el NaFeO2<\/sub>, comparado con el \u00f3xido mixto NaMnO2<\/sub>, y menos efectiva con el LiFeO2<\/sub>. De estos resultados se puede concluir que, para los \u00f3xidos estudiados cuanto \u00a0mayor es la actividad en producci\u00f3n de hidr\u00f3geno el \u00f3xido mixto formado es m\u00e1s dif\u00edcil de descomponer.).<\/p>\n

Adem\u00e1s de la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno, la descomposici\u00f3n conjunta de CO2<\/sub> y H2<\/sub>O se llev\u00f3 a cabo con los sistemas anteriormente planteados. Se determin\u00f3 que para esta reacci\u00f3n, la espinela de hierro es m\u00e1s activa para la descomposici\u00f3n. Sin embargo, el sistema Mn3<\/sub>O4<\/sub>\/Na2<\/sub>CO3<\/sub> ofrece unos rangos de temperatura de trabajo mucho m\u00e1s adecuados para la ser acoplados con la energ\u00eda solar concentrada (reducci\u00f3n a 850\u00baC del Mn2<\/sub>O3<\/sub>, frente a 1150\u00baC del Fe2<\/sub>O3<\/sub>), lo cual minimiza las p\u00e9rdidas energ\u00e9ticas derivadas del calentamiento y enfriamiento de los reactivos, concluy\u00e9ndose que este sistema es el m\u00e1s apropiado para su aplicaci\u00f3n en las condiciones de trabajo actuales.<\/p>\n

 <\/p>\n

[1] Biungjun X, Bhawe Y, Davis M. E. PNAS. <\/em>\u00a02012. DOI: 10.1073\/pnas1206407109<\/p>\n

[2] Biungjun X, Bhawe Y, Davis M. E. Chem Mat. <\/em>\u00a02013. DOI: 10.1021\/cm3038747<\/p>\n

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