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14/06/2009 - 18:58h
Hydrosol II: fabricar hidrógeno mediante energía solar
Un equipo de investigadores, entre los que se encuentra un equipo español, han conseguido producir hidrógeno con la ayuda de la energía solar - no através de la electrolisis, sino a través de una reacción redox y luz solar concentrada.
El hidrógeno arde de forma limpia. El hidrógeno puede ser almacenado y transportado. Si es necesario, el hidrógeno puede utilizarse en células de combustible para generar electricidad. Brevemente: el hidrógeno tiene el potencial para ser la energía ecológica del futuro.
Pero.... ¿cómo se obtiene?
La visión: de la energía solar, una fuente limpia y renovable de energía. La práctica actual: de gas natural. Las células de combustible en vehículos de motor y sistemas de calefacción, con muy pocas excepciones, parecen estar atrapadas en el estadio de experimentación, pero el futuro del hidrógeno continúa suscitando expectación. La industria química lo necesita para producir ferlitizantes y plásticos, las empresas petroleras lo necesitan para sus nuevos depósitos. Pero el hidrógeno hoy por hoy no es ni ecológico ni un vector energético aceptable.
El proyeco Hydrosol II acerca este futuro un poco más. Los centros que contribuyen son el Centro Alemán Aeroespacial (DLR), el centro de investigación CERT_H - CPERI (Grecia) y el CIEMAT (España), así como el Stobbe Tech Ceramic Holte (Dinamarca) y el centro británico Johnson - Matthey Technology. Durante noviembre de 2008, consiguieron producir hidrógeno por primera vez gracias a la energía solar. " la eficincia de la electrolisis está limitada por todos los estados de conversión. Ésta es la razón por la que estamos tomando un camino más directo", explica Martin Roeb, que es responsable del proyecto Hydroso II. El objetivo: hasta el 50% de la energía solar producida en el reactor es convertida en energía química en forma de hidrógeno, con tres cuartos del vapor de agua siendo convertido en hidrógeno y oxígeno. El último logro de este equipo: han conseguido crear un sistema piloto con un input solar de 100 kW en el reactor, y se ha producido hidrógeno directamente en un proceso casi continuo utilizando sólo energía solar concentrada.
No hay otro lugar en Europa Occidental donde la radiación exceda lo medido en el centro de investigación de la Plataforma Solar de Almería (PSA). Así que no es ninguna sorpresa que los institutos alemán y español hayan elegido esa localización para su experimentación SSPS, abreviatura de Small Solar Power System: una central solar de torre de pequeño tamaño. Esta torre está siendo utilizada ahora por los investigadores del DLR, que mantiene una oficina en la PSA y ha realizado una investigación intensiva durante años sobre este tipo de instalaciones. Si no se están realizando experimentos, un ascensor permite subir a la primera platforma de la torre con la estructura de acero a una altura de 28 m. Y así acceder al corazón del sistema. Allí se encuentran los dos reactores, dice Miriam Ebert, ingeniero de proyecto de DLR. Ella y su equipo han desarrollado los ractores en sus laboratorios alemanes.
Una abertura en la protección nos permite ver los heliostatos. Un total de 92 espejos, que pueden ser controlados para optimizar la recepción de la luz. Cuando no se están utilizando, miran al suelo. Durante los experimentos,por otro lado, reflejan la luz incidente hacia el absorbedor. La construcción donde están montados los reactores se eleva entonces. Los reactores pueden alcanzar temperaturas de 1.200ºC, y un input total de 100 kWth es lo que reflejan las mediciones sobre la superficie del absorbedor. Cuando está funcionando, lógicamente los investigadores no entran en la instalación, sino que siguen los experimentos desde el centro de control, al pié de la torre. Un ordenador regula la posición de cada heliostato individual, y los operadores pueden controlar la cantidad de luz que recibe cada reactor.
Se alcanza una temperatura de 800ºC en la primera cámara del reactor, donde se realiza realmente la producción de hidrógeno. Para dividir el agua en hidrógeno y en oxígeno, usando sólo calor, sería necesario elevar la temperatura de la cámara hasta los 2.500ºC. En la práctica, sin embargo, no hay materiales que puedan utilizarse para un reactor y simultáneamente soportar esas temperaturas. Además, estarían en el mismo sitio hidrógeno y oxígeno: una mezcla explosiva.
.
La división del H2O se consigue a través de una estructura de cerámica que tienen aplicado un óxido de metal. De esta forma, se consigue modificar el curso de la reacción y también conseguir dividirlo a 800ºC. La síntesis de estos óxidos es la especialidad de CERTH-CPERI, el coordinador general del proyecto.
Una característica del óxido de metal es que ofrece sus electrones. El átomo de oxígeno en el agua abandona así la ligadura con el hidrógeno, con el que de otra forma, tiene que compartir electrones, y es absorbido por la cobertura del óxido metálico del reactor. Lo que queda es hidrógeno gaseoso, que ya no necesita ser específicamente separado del oxígeno.
La producción de hidrógeno es básicamente una reacción exotérmica: produce mucho más calor que lo que necesita, y así puede continuar sin mayor imput de calor. En el reactor piloto, sin embargo, el vapor de agua está diluido con nitrógeno. La reacción por este motivo no se sostiene por sí misma, pero por otro lado es más fácil de controlarla durante la fase de desarrollo. Más tarde, una vez la tecnología haya madurado y los reactores sean mayores, se intenta reducir la proporción de nitrógeno, y con ello, la demanda de energía.
Un aspecto dependiente de un input continuo de energía es sin embargo, la consecuente regeneración de la cámara de reacción. Una vez que el óxido de metal está saturado con oxígeno, el oxígeno debe ser conducido hacia afuera otra vez a temperaturas que rondan los 1.200ºC.
Los primeros experimentos de campo en Almería han superado las expectativas, produciendo un rendimiento del 30%. Las siguientes intenciones son reunir experiencia con esta planta piloto y optimizar los parámetros. Según Martin Roeb, pasarán otros cinco años antes de que se puede llevar esta tecnología al mercado.
Fuente: Sun & Wind Energy, mayo de 2009
Pero.... ¿cómo se obtiene?
La visión: de la energía solar, una fuente limpia y renovable de energía. La práctica actual: de gas natural. Las células de combustible en vehículos de motor y sistemas de calefacción, con muy pocas excepciones, parecen estar atrapadas en el estadio de experimentación, pero el futuro del hidrógeno continúa suscitando expectación. La industria química lo necesita para producir ferlitizantes y plásticos, las empresas petroleras lo necesitan para sus nuevos depósitos. Pero el hidrógeno hoy por hoy no es ni ecológico ni un vector energético aceptable.
El proyeco Hydrosol II acerca este futuro un poco más. Los centros que contribuyen son el Centro Alemán Aeroespacial (DLR), el centro de investigación CERT_H - CPERI (Grecia) y el CIEMAT (España), así como el Stobbe Tech Ceramic Holte (Dinamarca) y el centro británico Johnson - Matthey Technology. Durante noviembre de 2008, consiguieron producir hidrógeno por primera vez gracias a la energía solar. " la eficincia de la electrolisis está limitada por todos los estados de conversión. Ésta es la razón por la que estamos tomando un camino más directo", explica Martin Roeb, que es responsable del proyecto Hydroso II. El objetivo: hasta el 50% de la energía solar producida en el reactor es convertida en energía química en forma de hidrógeno, con tres cuartos del vapor de agua siendo convertido en hidrógeno y oxígeno. El último logro de este equipo: han conseguido crear un sistema piloto con un input solar de 100 kW en el reactor, y se ha producido hidrógeno directamente en un proceso casi continuo utilizando sólo energía solar concentrada.
No hay otro lugar en Europa Occidental donde la radiación exceda lo medido en el centro de investigación de la Plataforma Solar de Almería (PSA). Así que no es ninguna sorpresa que los institutos alemán y español hayan elegido esa localización para su experimentación SSPS, abreviatura de Small Solar Power System: una central solar de torre de pequeño tamaño. Esta torre está siendo utilizada ahora por los investigadores del DLR, que mantiene una oficina en la PSA y ha realizado una investigación intensiva durante años sobre este tipo de instalaciones. Si no se están realizando experimentos, un ascensor permite subir a la primera platforma de la torre con la estructura de acero a una altura de 28 m. Y así acceder al corazón del sistema. Allí se encuentran los dos reactores, dice Miriam Ebert, ingeniero de proyecto de DLR. Ella y su equipo han desarrollado los ractores en sus laboratorios alemanes.
Una abertura en la protección nos permite ver los heliostatos. Un total de 92 espejos, que pueden ser controlados para optimizar la recepción de la luz. Cuando no se están utilizando, miran al suelo. Durante los experimentos,por otro lado, reflejan la luz incidente hacia el absorbedor. La construcción donde están montados los reactores se eleva entonces. Los reactores pueden alcanzar temperaturas de 1.200ºC, y un input total de 100 kWth es lo que reflejan las mediciones sobre la superficie del absorbedor. Cuando está funcionando, lógicamente los investigadores no entran en la instalación, sino que siguen los experimentos desde el centro de control, al pié de la torre. Un ordenador regula la posición de cada heliostato individual, y los operadores pueden controlar la cantidad de luz que recibe cada reactor.
Se alcanza una temperatura de 800ºC en la primera cámara del reactor, donde se realiza realmente la producción de hidrógeno. Para dividir el agua en hidrógeno y en oxígeno, usando sólo calor, sería necesario elevar la temperatura de la cámara hasta los 2.500ºC. En la práctica, sin embargo, no hay materiales que puedan utilizarse para un reactor y simultáneamente soportar esas temperaturas. Además, estarían en el mismo sitio hidrógeno y oxígeno: una mezcla explosiva.
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La división del H2O se consigue a través de una estructura de cerámica que tienen aplicado un óxido de metal. De esta forma, se consigue modificar el curso de la reacción y también conseguir dividirlo a 800ºC. La síntesis de estos óxidos es la especialidad de CERTH-CPERI, el coordinador general del proyecto.
Una característica del óxido de metal es que ofrece sus electrones. El átomo de oxígeno en el agua abandona así la ligadura con el hidrógeno, con el que de otra forma, tiene que compartir electrones, y es absorbido por la cobertura del óxido metálico del reactor. Lo que queda es hidrógeno gaseoso, que ya no necesita ser específicamente separado del oxígeno.
La producción de hidrógeno es básicamente una reacción exotérmica: produce mucho más calor que lo que necesita, y así puede continuar sin mayor imput de calor. En el reactor piloto, sin embargo, el vapor de agua está diluido con nitrógeno. La reacción por este motivo no se sostiene por sí misma, pero por otro lado es más fácil de controlarla durante la fase de desarrollo. Más tarde, una vez la tecnología haya madurado y los reactores sean mayores, se intenta reducir la proporción de nitrógeno, y con ello, la demanda de energía.
Un aspecto dependiente de un input continuo de energía es sin embargo, la consecuente regeneración de la cámara de reacción. Una vez que el óxido de metal está saturado con oxígeno, el oxígeno debe ser conducido hacia afuera otra vez a temperaturas que rondan los 1.200ºC.
Los primeros experimentos de campo en Almería han superado las expectativas, produciendo un rendimiento del 30%. Las siguientes intenciones son reunir experiencia con esta planta piloto y optimizar los parámetros. Según Martin Roeb, pasarán otros cinco años antes de que se puede llevar esta tecnología al mercado.
Fuente: Sun & Wind Energy, mayo de 2009
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