Salvando el clima con energía solar: combustibles sintéticos

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Los análisis de movilidad muestran: solo una pequeña fracción de todos los vehículos son responsables de la mayor parte de los kilómetros recorridos. Se trata principalmente de camiones de larga distancia que transportan mercancías por toda Europa. Si estos continúan siendo alimentados por energía fósil, difícilmente será posible reducir suficientemente el CO2 emisiones en el tráfico rodado. Los combustibles sintéticos provenientes del exceso de electricidad renovable pueden contribuir de manera significativa a este tipo de aplicaciones de conducción frecuentes.

Con movilidad eléctrica, movilidad de hidrógeno y combustibles sintéticos, el futuro demostrador de movilidad de Empa, “move”, está investigando tres vías para el CO2 Reducción del tráfico rodado en el contexto de un sistema energético en rápida evolución. “Todos estos conceptos tienen ventajas y desventajas en términos de energía, operación y economía. Para usarlos de manera inteligente, necesitamos una comprensión más profunda del sistema en general”, dice Christian Bach, jefe del laboratorio de Tecnologías de Transmisión Automotriz de Empa. “Junto con nuestros socios de ‘mudanza’, estamos trabajando para desarrollar conocimientos que se puedan poner en práctica”.

El último proyecto se centra en la producción de metano sintético a partir de hidrógeno y CO2 – la denominada metanización. Estos combustibles, producidos sintéticamente con energía renovable, los denominados sintéticos o gas de síntesis, pueden transportarse a través de rutas convencionales y ponerse a disposición a través de las infraestructuras existentes. Esto es interesante para Suiza y para el mundo entero, porque abre un enorme potencial para las energías renovables.

Un proceso de metanización desarrollado en Empa

El proceso químico básico de metanización se conoce desde hace más de 100 años como la reacción de Sabatier. En “move” se utilizará otro proceso desarrollado en Empa: la denominada metanización por absorción. Los investigadores de Empa esperan que este nuevo concepto de ingeniería de procesos conduzca a un control de procesos más simple, una mayor eficiencia y una mejor idoneidad para la operación dinámica. La metanización funciona de la siguiente manera: el metano (CH4) y el agua (H2O) se producen por conversión catalítica a partir de dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2). Sin embargo, el agua está causando problemas con los procesos convencionales: para eliminarla, generalmente se requieren pasos de metanización en serie, con áreas de condensación en el medio. Debido a las altas temperaturas de reacción, parte del agua se convierte de nuevo en hidrógeno mediante la llamada reacción de desplazamiento de agua-gas. El producto gaseoso de la reacción de metanización contiene, por tanto, un pequeño porcentaje de hidrógeno, lo que evita que el gas se introduzca directamente en la red; primero se debe eliminar el hidrógeno.

CO2 y agua del aire

CO2 para la metanización, así como el agua para la producción de hidrógeno se toma directamente de la atmósfera con un CO2 coleccionista de la spin-off ETH Climeworks. El sistema aspira aire ambiente y CO2 las moléculas permanecen adheridas al filtro. Usando calor – alrededor de 100 ° C – el CO2 Pueden liberarse moléculas del filtro. Los investigadores de Empa ven un mayor potencial de optimización en el calor requerido para este CO2 desorción. “Tanto la producción de hidrógeno como la metanización generan continuamente calor residual”, dice Bach. “A través de la gestión inteligente del calor, queremos cubrir los requisitos de calor de CO2 colector tanto como sea posible con este calor residual “. Además de CO2, la planta de Climeworks también extrae agua del aire ambiente, que se utiliza para producir hidrógeno en el dispositivo de electrólisis. Esto significa que estos sistemas también son concebibles en regiones sin suministro de agua, por ejemplo, en los desiertos (ver recuadro).

Además de los nuevos conocimientos sobre los aspectos técnicos y energéticos, los estudios en profundidad sobre la eficiencia económica del metano sintético son uno de los principales objetivos del proyecto. “Para asegurar esta perspectiva holística, el consorcio del proyecto está formado por socios que cubren toda la cadena de valor: desde investigadores de Empa hasta proveedores de energía, operadores de estaciones de servicio y flotas y socios industriales en los sectores de tecnología y plantas”, dice Brigitte Buchmann, miembro del directorio de Empa y gerente estratégico de “mover”. El proyecto cuenta con el apoyo del Cantón de Zúrich, la Junta de ETH, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Suiza, Glattwerk, Armasuisse y Swisspower.

Actualmente, el equipo de Christian Bach se centra en estudiar la adsorción de agua en materiales porosos y controlar el proceso de reacción catalítica. La construcción de la planta está programada para mediados de 2021. “Aproximadamente un año después, queremos repostar el primer vehículo”, dice Buchmann. “Con metano de la energía solar”.

¿Combustibles sintéticos del desierto?

Al convertir nuestro sistema energético a fuentes renovables, existe un gran desafío: las fuentes renovables como el sol o el viento no siempre están disponibles en todas partes. En invierno tenemos muy poca energía renovable, en verano hay demasiada en el hemisferio norte. En el hemisferio sur es al revés. Pero también hay zonas con luz solar casi continua, el llamado cinturón solar, donde se ubican los grandes desiertos de la Tierra. “Desde una perspectiva global, no tenemos muy poca energía renovable en el mundo, sino” simplemente “un problema de transporte de energía”, dice Christian Bach. Los portadores de energía sintética podrían ayudar a resolver este problema.

Las plantas más pequeñas en Suiza pueden hacer una contribución valiosa al sistema energético nacional aprovechando el exceso de electricidad de verano y conectando diferentes sectores energéticos. Sin embargo, las grandes plantas podrían explotar todo su potencial, especialmente en el cinturón solar terrestre. Esto se ilustra con un cálculo simple: para cubrir las necesidades energéticas de Suiza durante el invierno no cubiertas por la hidroelectricidad y todo el tráfico de larga distancia nacional exclusivamente con fuentes de energía sintética (importadas), una instalación solar en un desierto con un área de aproximadamente 700 km2; es decir, 27 x 27 km o, en otras palabras, el 0,008% del área del Sahara. Agua y CO2 necesarios para la producción podrían extraerse localmente de la atmósfera (véase el texto principal). “Los mecanismos comerciales existentes, la infraestructura de transporte, los estándares y la experiencia podrían simplemente utilizarse más”, dice Bach. Entonces, ¿la planta “en movimiento” pronto podría ser un modelo para una planta de gigavatios en el desierto?

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