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Demostración de un reciclador de CO2
Los investigadores de Sandia National Laboratories han demostrado con éxito un prototipo de máquina que utiliza la energía del sol para convertir el agua y el dióxido de carbono en los bloques de construcción moleculares que componen los combustibles para el transporte. El Sol a gasolina En última instancia, el sistema podría resultar una forma práctica de reciclar el CO₂ de las plantas industriales y de energía en gasolina, diesel y combustible para aviones, asumiendo que el proceso puede llegar a ser al menos dos veces más eficiente que la fotosíntesis natural.
Sol a syngas: Este prototipo, conocido como CR5, fue diseñado por investigadores de Sandia para convertir el dióxido de carbono en monóxido de carbono, o el agua en hidrógeno, utilizando energía solar concentrada. El monóxido de carbono y el hidrógeno se pueden combinar más tarde para producir gas de síntesis, un componente básico para la mayoría de los combustibles de transporte. El primer prototipo funcional, que se muestra arriba, ha demostrado que el proceso funciona, pero se están realizando esfuerzos para hacerlo más eficiente.
Hasta hace poco, el sistema solo se había validado en un laboratorio en pequeños lotes. Este otoño se probó con éxito una máquina de demostración hecha a mano. Este es el primer prototipo de su tipo que estamos evaluando, dice el investigador de Sandia Rich Diver, inventor del dispositivo.
A corto plazo, vemos esto como una alternativa al secuestro, dice James Miller, un ingeniero químico con Laboratorio de materiales avanzados de Sandia . En lugar de simplemente bombear CO2 bajo tierra para su almacenamiento permanente, dice Miller, la abundante energía del sol se puede utilizar para lograr una combustión inversa que esencialmente convierte el dióxido de carbono de nuevo en combustible. Es una utilización productiva de CO2 que puede capturar de una planta de carbón, una fábrica de cerveza y fuentes concentradas similares.
La máquina de metal cilíndrica, llamada Recuperador de Reactor Receptor de Anillo Contrarrotatorio (CR5), se basa en el calor solar concentrado para desencadenar una reacción termoquímica en un material compuesto rico en hierro. El material está diseñado para ceder una molécula de oxígeno cuando se expone a un calor extremo y luego recuperar una molécula de oxígeno una vez que se enfría.
La máquina está diseñada con una cámara a cada lado. Un lado está caliente, el otro frío. Corriendo por el centro hay un conjunto de 14 anillos tipo frisbee que giran a una revolución por minuto. El borde exterior de cada anillo está formado por un compuesto de óxido de hierro soportado por una matriz de circonio. Los científicos utilizan un concentrador solar para calentar el interior de una cámara a 1.500ºC, lo que provoca que el óxido de hierro de un lado del anillo ceda moléculas de oxígeno. A medida que el lado afectado del anillo gira hacia la cámara opuesta, comienza a enfriarse y se bombea dióxido de carbono. Este enfriamiento permite que el óxido de hierro recupere las moléculas de oxígeno del CO₂, dejando monóxido de carbono. El proceso se repite continuamente, convirtiendo un suministro entrante de CO2 en una corriente saliente de monóxido de carbono.
Miller dice que se puede utilizar el mismo proceso para producir hidrógeno, con la única diferencia de que se bombea agua, en lugar de dióxido de carbono, a la segunda cámara. Los dos gases recuperados por separado, hidrógeno y monóxido de carbono, se mezclan para producir gas de síntesis, que se puede utilizar para reemplazar los combustibles tradicionales, dice Miller.
Diver diseñó originalmente la máquina pensando en la economía del hidrógeno. La idea era evitar la ineficiencia de la electrólisis y construir en su lugar un motor de calor solar que pudiera producir hidrógeno y oxígeno directamente, cortando la electricidad como intermediario. Es un enfoque que también están siguiendo investigadores de Japón, Francia y Alemania.
Pero el equipo de Sandia pronto se dio cuenta de que el mismo proceso podría convertir el CO2 en monóxido de carbono. Incluso si la economía del hidrógeno no despegó, todavía tenían una forma de producir los combustibles de los que dependemos hoy de una manera que limita el impacto de la quema de carbón y gas natural para la electricidad y otros procesos industriales.
Diver dice que el desafío ahora es mejorar la eficiencia del sistema. Si el equipo de Sandia puede demostrar una mayor eficiencia, podría ser un importante paso adelante, dijo Vladimir Krstic , director del Centro de Fabricación de Cerámica Avanzada y Nanomateriales de la Queen's University en Kingston, Ontario.
Los científicos calculan que pasarán de 15 a 20 años antes de que la tecnología esté lista para el mercado. Mientras tanto, el objetivo es desarrollar un prototipo de nueva generación cada tres años que muestre un aumento en la eficiencia de conversión de energía solar a combustible y una disminución en el costo. Parte de eso provendrá del desarrollo de nuevos compuestos cerámicos que liberan moléculas de oxígeno a temperaturas más bajas, lo que permite que una mayor parte de la energía del sol se convierta en hidrógeno o monóxido de carbono.
Nuestro objetivo a corto plazo es lograr un pequeño porcentaje de eficiencia, dice Miller. Puede parecer un número bajo, pero nos gusta compararlo con la fotosíntesis, que en realidad es una forma muy ineficiente de utilizar la luz solar.
Él dice que la eficiencia máxima teórica para la fotosíntesis es de alrededor del 5 por ciento, pero en el mundo real tiende a caer a alrededor del 1 por ciento. Por lo tanto, es posible que estemos empezando muy bajo, pero nos gustaría mantenerlo en el contexto de lo que tenemos que superar. En última instancia, creemos que tenemos que estar en el rango del 10 por ciento de luz solar a combustibles, y estamos muy lejos de lograrlo.