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Una solución a la intermitencia de la energía solar
La quema de gas natural emite aproximadamente la mitad de dióxido de carbono que la quema de carbón, pero aún produce grandes cantidades de gas de efecto invernadero en la atmósfera. Un dispositivo novedoso que se está desarrollando en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) podría reducir esas emisiones en un 20 por ciento al utilizar el calor del sol para convertir el gas natural en un combustible alternativo llamado gas de síntesis, un combustible con menos carbono.
Solar fuel: Un plato parabólico concentra la luz solar en un dispositivo prototipo que podría usarse para mejorar el gas natural.
El proceso evita el problema de la intermitencia de los paneles solares, cuyo rendimiento depende de la climatología y la hora del día. El combustible producido por el nuevo dispositivo se puede almacenar y utilizar siempre que sea necesario para generar un suministro constante de electricidad.
El objetivo de los investigadores es utilizar el dispositivo para producir electricidad a seis centavos por kilovatio-hora de electricidad, lo que es competitivo con los combustibles fósiles.
El dispositivo utiliza un plato parabólico para concentrar la luz del sol y producir calor. Ese calor proporciona la energía necesaria para transformar el metano en gas de síntesis, que es una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. El agua se calienta para producir vapor, que luego se usa en un proceso llamado reformado con vapor, que se usa en el refinado de petróleo y otros procesos industriales. Durante el reformado con vapor, el vapor reacciona con el metano, el principal componente del gas natural, para formar gas de síntesis.
El gas de síntesis se puede quemar en plantas de energía de gas natural para generar electricidad. El gas de síntesis también se puede procesar para producir combustibles líquidos como el diésel; es más fácil convertir el gas de síntesis en combustible líquido que convertir el metano. Esto podría ser útil para reducir las importaciones de petróleo, pero los beneficios de las emisiones de carbono no están claros. Los investigadores aún no han determinado si la tecnología reducirá las emisiones de carbono en comparación con el petróleo, en parte porque se emite dióxido de carbono durante el proceso de conversión del gas de síntesis en combustible líquido.
Si bien no elimina por completo las emisiones de dióxido de carbono, está más cerca de ser práctico que otros enfoques de uso de energía solar para generar combustibles, dice James Miller , el jefe del programa Sunshine to Petrol en Sandia National Laboratory, que no está involucrado en el trabajo en PNNL. El reformado con vapor es un proceso establecido que no requiere ningún avance en catalizadores o materiales. La tecnología [PNNL] es atractiva porque es algo que potencialmente podría hacerse en el corto plazo para avanzar en la reducción de las emisiones de carbono, dice.
Por el contrario, Miller está desarrollando tecnología que convertiría el dióxido de carbono y el agua en combustible diesel, que requiere mucha más energía y nuevos materiales, y tardará más en desarrollarse (consulte Conversión de dióxido de carbono en combustible y Demostración de un reciclador de CO2).
Una alternativa a la nueva tecnología es utilizar vapor de luz solar concentrada para producir electricidad directamente a través de turbinas de vapor. En un sistema de este tipo, el calor se puede almacenar calentando las sales fundidas, que se pueden utilizar para generar vapor después de que se pone el sol (consulte Energía solar barata por la noche). Una ventaja potencial del nuevo enfoque es que el gas de síntesis podría usarse para generar electricidad o combustibles líquidos, dependiendo de cuál resulte más económico, dice Robert Weeng , quien dirige el trabajo en PNNL.
El proceso es más eficiente que producir electricidad a partir de paneles solares. El primer prototipo almacena el 63 por ciento de la energía de la luz solar que lo golpea en forma de energía química. Quemar el combustible en una planta de energía desperdiciará aproximadamente la mitad de esa energía en forma de calor, lo que reducirá la eficiencia general a aproximadamente el 30 por ciento, pero eso aún es el doble de la eficiencia de los paneles solares típicos. El almacenamiento de energía solar en forma de enlaces químicos en el gas de síntesis podría resultar más barato que almacenar esa energía en baterías, al menos en un futuro próximo.
Sin embargo, es probable que el sistema en su forma actual sea demasiado caro para competir con los combustibles fósiles. Para reducir los costos, los investigadores están trabajando para mejorar aún más la eficiencia, lo que aumentaría la cantidad de combustible que podría producir cada dispositivo, por lo que se necesitaría menos. Están comenzando por aumentar la temperatura a la que opera, lo que requiere mejorar los materiales con los que está hecho el dispositivo. Los investigadores también están trabajando para mejorar el rendimiento de un sistema que precalienta el combustible entrante, un sistema de intercambio de calor que hace fluir el metano a través de canales microscópicos.
También se están realizando mejoras en el sistema de concentración del sol, con el objetivo de abaratar su fabricación. Esto lo está haciendo una empresa derivada llamada Solar Thermochemical. Está desarrollando tanto platos parabólicos, como los que se usaron en el primer prototipo, como grandes campos de espejos que enfocan la luz en una torre central, como las plantas solares térmicas que BrightSource Energy está construyendo en Ivanpah (ver BrightSource Pushes Ahead on Another Massive Solar Planta Térmica).