un núcleo de reactor impreso en 3D hace más eficiente la producción de combustible solar
Mediante una nueva técnica de impresión en 3D, investigadores de la ETH de Zúrich han desarrollado estructuras cerámicas especiales para un reactor solar
En los últimos años, los ingenieros de la ETH de Zúrich han desarrollado la tecnología para producir combustibles líquidos a partir de luz solar y aire. En 2019, demostraron por primera vez toda la cadena del proceso termoquímico en condiciones reales, en pleno centro de Zúrich, en el tejado del Laboratorio de Máquinas de la ETH. Estos combustibles solares sintéticos son neutros en carbono porque durante su combustión solo liberan tantoCO2 como el que se extrajo del aire para su producción. Dos empresas derivadas de la ETH, Climeworks y Synhelion, siguen desarrollando y comercializando estas tecnologías.
Representación digital en 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 un conjunto de estas estructuras graduadas, expuestas directamente a la radiación solar concentrada.
ETH Zurich
El núcleo del proceso de producción es un reactor solar que se expone a la luz solar concentrada suministrada por un espejo parabólico y alcanza temperaturas de hasta 1.500 grados centígrados. En el interior de este reactor, que contiene una estructura cerámica porosa de óxido de cerio, tiene lugar un ciclo termoquímico para dividir el agua y elCO2 captado previamente del aire. El producto es el gas de síntesis: una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que puede transformarse en hidrocarburos líquidos, como el queroseno (combustible de aviación).
Hasta ahora se han aplicado estructuras con porosidad isotrópica, pero tienen el inconveniente de que atenúan exponencialmente la radiación solar incidente a medida que viaja hacia el interior del reactor. Esto da lugar a temperaturas interiores más bajas, lo que limita el rendimiento del combustible del reactor solar.
Ahora, investigadores del grupo de André Studart, catedrático de Materiales Complejos de la ETH, y del grupo de Aldo Steinfeld, catedrático de Portadores de Energías Renovables de la 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 forma más eficiente al interior del reactor. El proyecto de investigación está financiado por la Oficina Federal de Energía de Suiza.
Los diseños ordenados jerárquicamente con canales y poros abiertos en la superficie expuesta a la luz solar y que se estrechan hacia la parte posterior del reactor han demostrado ser especialmente eficaces. 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 1.500 °C, lo que potencia la generación de combustible. Estas estructuras cerámicas se fabricaron mediante un proceso de impresión 3D por extrusión y un nuevo tipo de tinta con características óptimas desarrolladas específicamente para este fin, a saber: baja viscosidad y alta concentración de partículas de ceria para maximizar la cantidad de material activo redox.
Pruebas iniciales con éxito
Los investigadores estudiaron 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 someten a la misma radiación solar concentrada de intensidad equivalente a 1000 soles.
La tecnología para imprimir en 3D las estructuras cerámicas ya está patentada, y Synhelion ha adquirido la licencia de la ETH de Zúrich. "Esta tecnología tiene el potencial de aumentar la eficiencia energética del reactor solar y, por tanto, de mejorar significativamente la viabilidad económica de los combustibles sostenibles para la aviación", afirma Steinfeld.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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