{"id":135305,"date":"2023-01-30T09:25:39","date_gmt":"2023-01-30T08:25:39","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135305"},"modified":"2023-01-30T09:25:39","modified_gmt":"2023-01-30T08:25:39","slug":"materiales-conformados-para-su-aplicacion-en-la-produccion-de-hidrogeno-verde-en-centrales-termosolares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2023\/01\/30\/135305","title":{"rendered":"Materiales conformados para su aplicaci\u00f3n en la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno verde en centrales termosolares"},"content":{"rendered":"

Autores: Alejandro P\u00e9rez, Mar\u00eda Orfila, Mar\u00eda Linares, Ra\u00fal Molina, Ra\u00fal Sanz, Javier Marug\u00e1n, Juan \u00c1ngel Botas<\/strong>
\nGrupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos <\/strong>
\nC\/ Tulip\u00e1n, s\/n, 28933, M\u00f3stoles, Madrid<\/strong><\/p>\n

La preocupante situaci\u00f3n energ\u00e9tica actual debida al constante crecimiento de la poblaci\u00f3n mundial, junto con la industrializaci\u00f3n, hacen que la demanda global de energ\u00eda se incremente d\u00eda a d\u00eda. Esto ocasiona m\u00faltiples problemas como el aumento de las emisiones de CO2<\/sub> a la atm\u00f3sfera, el calentamiento global y, como consecuencia, las actuales restricciones en el uso de combustibles f\u00f3siles para tratar de reducir las emisiones de CO2<\/sub>. En este contexto, es imprescindible buscar alternativas energ\u00e9ticas que sean sostenibles y beneficiosas para el medio ambiente. Entre las m\u00faltiples opciones que se est\u00e1n estudiando, el hidr\u00f3geno se postula como una de las m\u00e1s prometedoras ya que es un vector energ\u00e9tico neutro en carbono que puede ser obtenido de forma sostenible mediante fuentes renovables de energ\u00eda, evitando as\u00ed la problem\u00e1tica expuesta.<\/span><\/p>\n

Aunque la mol\u00e9cula de hidr\u00f3geno es siempre la misma (\u201cH2<\/sub>\u201d), al no encontrarse libre en la naturaleza, en la actualidad se clasifica mediante distintos colores dependiendo de la materia prima a partir de la cual se obtiene y del proceso de obtenci\u00f3n, pudiendo distinguirse hidr\u00f3geno gris, amarillo, azul, turquesa, rosa, verde\u2026 (Figura 1). Entre las categor\u00edas de esta clasificaci\u00f3n, destaca el hidr\u00f3geno verde por producirse de forma sostenible y empleando fuentes de energ\u00eda renovables de forma que en su producci\u00f3n no se emite ning\u00fan gas contaminante.<\/span><\/p>\n

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\nFigura 1. Clasificaci\u00f3n de los diferentes \u201ccolores\u201d del hidr\u00f3geno en funci\u00f3n de su origen. Fuente: Enag\u00e1s [1].<\/span><\/em><\/p>\n

En la actualidad, el hidr\u00f3geno verde puede obtenerse mediante diferentes procesos, destacando entre ellos los ciclos termoqu\u00edmicos de dos etapas para la disociaci\u00f3n de agua en sus elementos constituyentes (hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno), empleando \u00f3xidos met\u00e1licos no estequiom\u00e9tricos. En la primera etapa del proceso, el \u00f3xido met\u00e1lico es reducido t\u00e9rmicamente y en la segunda etapa reacciona con agua para ser reoxidado y producir as\u00ed el hidr\u00f3geno de forma c\u00edclica a partir de agua. Para llevar a cabo la primera etapa del proceso (reducci\u00f3n t\u00e9rmica del \u00f3xido met\u00e1lico) se necesita calentar el \u00f3xido a alta temperatura por lo que es necesario un aporte de energ\u00eda que puede hacerse, por ejemplo, calent\u00e1ndolo empleando energ\u00eda solar t\u00e9rmica de concentraci\u00f3n. La temperatura requerida por la mayor\u00eda de los materiales desarrollados que aparecen reportados en la bibliograf\u00eda cient\u00edfica es de 1000-1300 \u00baC por lo que se requiere el uso de centrales termosolares de torre, las cuales disponen de un campo de heliostatos que concentran la radiaci\u00f3n solar reflejada en un punto ubicado en lo alto de una torre donde se encuentra el receptor (Figura 2).<\/span><\/p>\n

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\nFigura 2. Esquema del funcionamiento de una central termosolar de torre.<\/span><\/em><\/p>\n

En el receptor de la torre es donde se encuentra ubicado el reactor en cuyo interior estar\u00e1 el \u00f3xido met\u00e1lico a calentar. El problema reside en que estos materiales no pueden encontrarse en forma de polvo fino, que es como son sintetizados, ya que esto ocasionar\u00eda muchos problemas a la hora de absorber la radiaci\u00f3n solar y trasmitir el calor de unas part\u00edculas de s\u00f3lido a otras, o durante la difusi\u00f3n de los productos. Por este motivo, los \u00f3xidos met\u00e1licos a emplear en estos sistemas deben estar conformados en forma de estructuras macrosc\u00f3picas que permitan mejorar todos los aspectos indicados.<\/span><\/p>\n

Con este objetivo, investigadores del Grupo de investigaci\u00f3n en Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental (GIQA) de la Universidad Rey Juan Carlos, en el marco del Programa de Actividades de I+D ACES2030-CM \u201cEnerg\u00eda solar t\u00e9rmica de concentraci\u00f3n en el sector del transporte y en la producci\u00f3n de calor y de electricidad\u201d liderado por IMDEA Energ\u00eda y financiado por la Comunidad de Madrid, han optimizado el m\u00e9todo de s\u00edntesis de este tipo de materiales a partir de \u00f3xidos de cerio modificado con otros metales para su conformado final en forma de espumas cer\u00e1micas macroporosas. Para ello fue preciso seleccionar como plantilla una esponja de poliuretano sobre la que depositar una suspensi\u00f3n del \u00f3xido met\u00e1lico y otros aditivos org\u00e1nicos, y finalmente calcinar el conjunto para eliminar todos los componentes org\u00e1nicos y obtener el material final conformado con una adecuada, superficie, porosidad y resistencia mec\u00e1nica.<\/span><\/p>\n

De esta forma se consigui\u00f3 obtener espumas macroporosas con la dureza y porosidad adecuadas para poder evaluar su actividad en la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno en un reactor qu\u00edmico. Estas espumas fueron probadas en m\u00faltiples ciclos consecutivos obteni\u00e9ndose una producci\u00f3n de hidr\u00f3geno estable. Estos resultados fueron publicados en la revista International Journal of Hydrogen Energy<\/em> [2], y en la Figura 3 se muestra el Graphical Abstract<\/em> de esta publicaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

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\nFigura 3. Graphical Abstract del art\u00edculo cient\u00edfico publicado en el International Journal of Hydrogen Energy [2].<\/span><\/em><\/p>\n

Los resultados son de gran relevancia para la futura aplicaci\u00f3n de este proceso a mayor escala, ya que permiten mejorar la absorci\u00f3n de la radiaci\u00f3n solar debido a la porosidad abierta del material conformado en forma de espuma, lo que mejora adem\u00e1s la transmisi\u00f3n de calor y la transferencia de materia en el seno del material. Esto contribuye a dar un paso m\u00e1s hacia la transici\u00f3n energ\u00e9tica en busca de una sociedad neutra en carbono que cada d\u00eda que pasa toma una mayor importancia y se hace m\u00e1s necesaria.<\/span><\/p>\n

Bibliograf\u00eda<\/strong><\/p>\n

1. https:\/\/goodnewenergy.enagas.es\/innovadores\/del-gris-al-verde-los-colores-del-hidrogeno\/<\/a><\/p>\n

2. Mar\u00eda Orfila, Daniel Sanz, Mar\u00eda Linares, Ra\u00fal Molina, Ra\u00fal Sanz, Javier Marug\u00e1n, Juan \u00c1ngel Botas \u201cH2<\/sub> production by thermochemical water splitting with reticulated porous structures of ceria-based mixed oxide materials\u201d, International Journal of Hydrogen Energy<\/em> 46 (33), 2021, 17458-17471.<\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Juan \u00c1ngel Botas, Investigador Responsable del grupo URJC-SOLAR del Programa ACES2030-CM<\/a>.
\nCoordina ACES2030-CM<\/a>: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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