{"id":135064,"date":"2022-02-14T11:16:01","date_gmt":"2022-02-14T10:16:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135064"},"modified":"2022-02-16T09:27:26","modified_gmt":"2022-02-16T08:27:26","slug":"proyecto-hidroferr-desarrollo-de-materiales-estructurales-para-ciclos-termoquimicos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/02\/14\/135064","title":{"rendered":"Proyecto HIDROFERR: Desarrollo de materiales estructurales para ciclos termoqu\u00edmicos"},"content":{"rendered":"

Autores: Alfonso Vidal y Diego <\/strong>Mart\u00ednez<\/b><\/p>\n

Seg\u00fan la Comisi\u00f3n Europea y la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible, se espera que el hidr\u00f3geno limpio desempe\u00f1e un papel clave en la descarbonizaci\u00f3n de sectores en los que otras alternativas podr\u00edan no ser viables o ser m\u00e1s caras. La nueva estrategia sobre el hidr\u00f3geno tiene como objetivo explorar el potencial del hidr\u00f3geno limpio para contribuir al proceso de descarbonizaci\u00f3n de la econom\u00eda de la UE de forma rentable, en consonancia con el objetivo de neutralidad clim\u00e1tica para 2050, establecido en el Pacto Verde Europeo. Tambi\u00e9n deber\u00eda contribuir a la recuperaci\u00f3n de los efectos econ\u00f3micos del COVID-19. La estrategia explorar\u00e1 acciones para apoyar la producci\u00f3n y el uso de hidr\u00f3geno limpio, centr\u00e1ndose en particular en la integraci\u00f3n del hidr\u00f3geno renovable.<\/span><\/p>\n

El hidr\u00f3geno puede producirse a partir de muchos recursos diferentes, como la electr\u00f3lisis impulsada por la energ\u00eda fotovoltaica (FV), la gasificaci\u00f3n de la biomasa, la fotos\u00edntesis artificial o los ciclos termoqu\u00edmicos. Los ciclos termoqu\u00edmicos solares son procesos que ofrecen una v\u00eda r\u00e1pida y eficiente para producir hidr\u00f3geno que puede utilizarse como combustible en s\u00ed mismo. Debido al uso de tecnolog\u00edas t\u00e9rmicas solares de concentraci\u00f3n1 (CST), y a la mayor eficiencia en la conversi\u00f3n de la radiaci\u00f3n solar en calor, la eficiencia de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en hidr\u00f3geno de una ruta termoqu\u00edmica solar es la m\u00e1s alta de todos los posibles procesos de combustible solar (m\u00e1ximo te\u00f3rico: 42%). Esto es un 30% m\u00e1s alto que la ruta de electr\u00f3lisis fotovoltaica (m\u00e1x. 28%) y \u00f3rdenes de magnitud m\u00e1s altos en comparaci\u00f3n con la conversi\u00f3n directa por fotos\u00edntesis natural o artificial (\u22481%). Sin embargo, a\u00fan no se ha alcanzado la m\u00e1xima eficiencia de los ciclos termoqu\u00edmicos y los receptores actuales s\u00f3lo han logrado un 5,25% de eficiencia de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en hidr\u00f3geno [1].<\/span><\/p>\n

Los ciclos termoqu\u00edmicos impulsados por energ\u00eda solar presentan la gran ventaja de obtener hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno de forma separada, aunque requieren condiciones muy exigentes de operaci\u00f3n. Hacer que la tecnolog\u00eda sea pr\u00e1ctica y rentable plantea retos considerables dado que involucra de manera combinada la participaci\u00f3n de elevadas irradiancias solares, superiores a los 1000 kW\/m2, y temperaturas muy elevadas, t\u00edpicamente por encima de los 1000 \u00baC.<\/span><\/p>\n

Uno de los principales retos consiste en seleccionar materiales capaces de soportar estas altas densidades de flujo y temperaturas durante miles de ciclos, adem\u00e1s de mostrar una alta resistencia a la temperatura, alta resistencia a la oxidaci\u00f3n, propiedades mec\u00e1nicas, coste, etc. En la actualidad la investigaci\u00f3n se desarrolla alrededor de materiales cer\u00e1micos, con rangos de temperatura m\u00e1s elevados, como la al\u00famina, con un punto de fusi\u00f3n de unos 2000 \u00b0C, el carburo de circonio, los diboruros y carburos de hafnio, t\u00e1ntalo y circonio, la cordierita y los compuestos SiC-AlN, el oxicarburo de silicio (SiOC) [8], la circonia endurecida con al\u00famina y el AlN.<\/span><\/p>\n

Los altos requerimientos t\u00e9rmicos y estructurales de los receptores cer\u00e1micos sometidos a elevadas condiciones de flujo energ\u00e9tico solar, hacen que la selecci\u00f3n del material y su ciclado t\u00e9rmico condicionen la operatividad del sistema. Por lo tanto, el reto actual se centra tambi\u00e9n en el dise\u00f1o de materiales cer\u00e1micos avanzados que permitan optimizar, entre otras, las propiedades mec\u00e1nicas a temperaturas elevadas. Con el fin de alcanzar estas propiedades, se requiere, en comparaci\u00f3n con la cer\u00e1mica tradicional, un control excepcional de la pureza, del procesamiento y de la microestructura. Asimismo, para conformar estos materiales en productos \u00fatiles, se utilizan t\u00e9cnicas especiales.<\/span><\/p>\n

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

Figura 1. Diagrama de un Horno solar (izquierda) e interior del Horno solar de Almer\u00eda de 40 kW donde se realizaran los ensayos del Proyecto  (derecha).<\/em><\/p>\n

Sin embargo, y a pesar de los avances conseguidos hasta el momento, contin\u00faa siendo un reto la obtenci\u00f3n de materiales cer\u00e1micos que re\u00fanan todas las propiedades cr\u00edticas necesarias para las aplicaciones propuestas en el proyecto HIDROFERR, proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovaci\u00f3n a trav\u00e9s de la convocatoria RETOS Colaboraci\u00f3n. El objetivo principal del proyecto HIDROFERR es desarrollar materiales para receptores solares que sean capaces de soportar estas condiciones y determinar la degradaci\u00f3n durante la vida \u00fatil en condiciones de funcionamiento mediante procedimientos de ensayo de envejecimiento acelerado [2]. El programa de investigaci\u00f3n involucra a un equipo multidisciplinar para el estudio de nuevos materiales que permitan avanzar en el desarrollo de esta tecnolog\u00eda.<\/span><\/p>\n

Los trabajos ser\u00e1n realizados por tres equipos de investigadores. Por un lado la Unidad de Combustibles Solares (SF-PSA) de la Plataforma Solar de Almer\u00eda (PSA) y la Unidad de Materiales (MA-PSA). El segundo equipo de investigaci\u00f3n tiene su sede en Castell\u00f3n y pertenece al Instituto de Tecnolog\u00eda Cer\u00e1mica-Asociaci\u00f3n de Investigaci\u00f3n de las Industrias Cer\u00e1micas (ITC-AICE), vinculado a la Universidad Jaume I de Castell\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Por \u00faltimo, otro actor espa\u00f1ol clave en el campo de la investigaci\u00f3n de materiales, el Instituto de Cer\u00e1mica y Vidrio (ICV) del CSIC realizar\u00e1 un asesoramiento en cuestiones clave relacionadas con la selecci\u00f3n\/dise\u00f1o de los mejores materiales para fines espec\u00edficos. Adem\u00e1s, el ICV-CSIC proporcionar\u00e1 apoyo en la interpretaci\u00f3n de los resultados de la caracterizaci\u00f3n de los materiales, antes y despu\u00e9s del ciclo t\u00e9rmico.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] P. Furler, J. R. Scheffe and A. Steinfeld, Syngas production by simultaneous splitting of H2O and CO2 via ceria redox reactions in a high-temperature solar reactor, Energy Environ. Sci. 5, 6098\u20136103 (2012).<\/p>\n

[2] A. Vidal and D. Martinez, \u00abAn ageing protocol for testing high temperature solar materials for thermochemical applications,\u00bb Solar Energy Materials & Solar Cells, p. 212, (2020).<\/p>\n

Contacto<\/strong>
\nAlfonso Vidal, Investigador del grupo CIEMAT-ATYCOS del Programa ACES2030-CM
\nCoordina ACES2030-CM: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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