Más rendimiento en combustibles sintéticos
Logran un mayor rendimiento en la síntesis de combustible ecológico con impresión 3D que permite fabricar estructuras cerámicas porosas complejas para transportar mejor la radiación solar al interior del reactor.
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En los últimos tiempos, acuciados por el cambio climático y la escasez de energía, diversos laboratorios en todo en mundo se han dedicado al estudio de posibles sistema para producir combustibles sintéticos a partir de energía solar y aire.
Estos combustibles solares sintéticos son neutros en carbono porque durante su combustión liberan sólo la misma cantidad de CO2 que se extrae del aire para su producción.
Un grupo es el ETH Zurich que ha desarrollado tecnología para producir combustibles líquidos a partir de la luz solar y el aire. El proceso de producción es básicamente un reactor solar que está expuesto a la luz solar concentrada emitida por un espejo parabólico y alcanza temperaturas de hasta 1500 C. En el interior de este reactor, que contiene una estructura cerámica porosa hecha de óxido de cerio, se produce un ciclo termoquímico para descomponer el agua y el CO2 captados previamente del aire. El producto es gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono) que puede procesarse posteriormente en combustibles de hidrocarburos líquidos como queroseno para propulsar la aviación. Recordemos que así como la electrificación del automóvil es posible (aunque a un precio elevado), la electrificación de un avión de pasajeros es básicamente imposible.
Hasta ahora se han aplicado estructuras con porosidad isotrópica, pero estas tienen el inconveniente de que atenúan exponencialmente la radiación solar incidente a medida que viaja hacia el interior del reactor. Esto da como resultado temperaturas internas más bajas, lo que limita el rendimiento de combustible del reactor solar.
Ahora, investigadores del grupo de André Studart y del grupo de Aldo Steinfeld (ambos de ETH) han desarrollado una novedosa metodología de impresión 3D que les permite fabricar estructuras cerámicas porosas con geometrías de poros complejas para transportar la radiación solar de manera más eficiente al interior del reactor. La investigación se publica en la revista Advanced Materials Interfaces .
Particularmente eficientes han demostrado ser los diseños ordenados jerárquicamente con canales y poros abiertos en la superficie expuesta a la luz solar y que se estrechan hacia la parte trasera del reactor. Esta disposición permite absorber la radiación solar concentrada incidente en todo el volumen. Esto, a su vez, garantiza que toda la estructura porosa alcance la temperatura de reacción de 1500 C necesarios para la generación de combustible.
Estas estructuras cerámicas se fabricaron mediante un proceso de impresión 3D basado en extrusión y un nuevo tipo de tinta con características óptimas desarrollada específicamente para este propósito. En concreto tiene baja viscosidad y una alta concentración de partículas para maximizar la cantidad de material activo redox.
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En la imagen anterior se ve una representación digital 3D (arriba a la derecha) y fotografías (vista lateral y superior) de la estructura cerámica porosa con topología jerárquicamente canalizada. El reactor solar (abajo a la derecha) contiene una serie de estas estructuras graduadas, que están directamente expuestas a la radiación solar concentrada.
Los investigadores investigaron la compleja interacción entre la transferencia de calor radiante y la reacción termoquímica. Pudieron demostrar que sus nuevas estructuras jerárquicas pueden producir el doble de combustible que las estructuras uniformes cuando se las somete a la misma radiación solar concentrada de intensidad equivalente a 1000 soles.
La tecnología para imprimir estructuras cerámicas en 3D ya está patentada y tiene el potencial de aumentar la eficiencia energética del reactor solar y, por tanto, mejorar significativamente la viabilidad económica de los combustibles de aviación sostenibles.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Material gráfico: Advanced Materials Interfaces (2023). DOI: 10.1002/admi.202300452
4 Comentarios
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viernes 17 noviembre, 2023 @ 8:28 pm
Creo que la electrificación también llegará más pronto que tarde a la aviación para vuelos cortos, pongamos 1000 o 2000km.
Pero para vuelos largos en el actual estado de la técnica no hay nada más eficiente que los combustibles, tendrán su nicho de mercado.
lunes 27 noviembre, 2023 @ 9:14 am
De acuerdo, apalan»k»ator, pero eso no minora la importancia del progreso tecnológico que significa obtener combustible líquido del dióxido de carbono procedente de la atmósfera porque eso implica que la utilización del combustible es cero en lo que se refiere a la huella o incremento del CO2 atmosférico. Además, imagino que esa planta de obtención de combustible es también de coste cero, así que solo tenemos como gasto el de la obtención de los materiales necesarios para construirla, que quizá pueda remediarse con la energía procedente de la misma instalación.
Imagino que un sol equivale a 1361 W/m^2.
Un saludo.
jueves 30 noviembre, 2023 @ 8:38 am
Releo el artículo y vuelvo a congratularme con lo conseguido: es que multiplicar por dos la eficacia de un proceso es extraordinario. ¡Enhorabuena para los expertos en materiales y en impresión en 3D!
Por cierto, que nada dice de ello nuestro genial compañero Eduardo, de quien me consta su experiencia en esta técnica y le agradecería algún comentario, aunque comience con alguna modesta excusa que le estoy cerrando.
Abrazos.
miércoles 6 diciembre, 2023 @ 9:22 am
De todas formas, la experiencia nos dice que todo aumento de la disponibilidad de energía, redunda en un mayor deterioro de la naturaleza (del conjunto de la superficie terrestre); así que no sé si alegrarme por esta noticia -podemos incluir la futura consecución de los reactores de fusión-, salvo que esa energía se dedicase a limpieza de las tierras y los mares, a mejorar la consecución de alimentos para esta humanidad excesiva y creciente, o a cualquier otro destino que no sea esquilmar más al planeta.
En resumen, que extraer CO2 para conseguir sustituir al combustible fósil, es bueno en principio, pero una aporte para conseguir más energía total, no lo veo tan claro. Pero también, si nos ponemos exquisitos, habría que cuestionarse la utilización de paneles solares, de los aerogeneradores, etc.
En resumen, que, al respecto, me quedo dubitativo.