Cuando la luz del sol se convierte en combustible
Materiales avanzados para la tecnología del combustible solar
Producir combustibles sostenibles a partir de la energía solar es un proyecto ambicioso y presenta grandes retos para las personas y los materiales. En el proyecto MAfoS, los investigadores del Centro Fraunhofer de Materiales de Alta Temperatura y Diseño HTL están desarrollando materiales para la primera planta industrial de demostración de conversión de energía solar en combustible.
Suena casi a cuento de hadas: Se crean combustibles sostenibles a partir de agua,CO2 y luz solar en una alta torre revestida de espejos. Los expertos de Fraunhofer aportan sus conocimientos a este plan en un proyecto especial:
"Material Advancements for Solar Fuels Technology", o MAfoS para abreviar, es el nombre del proyecto en el que un equipo de científicos creativos del Centro de Materiales y Diseño de Alta Temperatura HTL del Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC está desarrollando materiales avanzados para la primera planta industrial de demostración de conversión de energía solar en combustible. Junto con sus socios, los expertos trabajan en un concepto holístico para reducir elCO2 y almacenar energías renovables en combustibles artificiales como parte del programa de financiación europeo Eurostars 3.
Una torre llena de energía
De hecho, ya existe una planta piloto. La explota el socio del proyecto Synhelion, una empresa suiza de nueva creación, en la torre solar del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) de Jülich (Alemania). En esta planta de conversión de energía solar en combustible se crean combustibles a partir de agua y dióxido de carbono o metano. Los expertos se centran actualmente en el queroseno. La planta abarca una gran superficie con espejos que agrupan la luz solar. En una torre, la luz solar se convierte en calor, que se transporta por una tubería a una cámara del reactor. Allí, los productos de partida calentados reaccionan entre sí y forman el combustible deseado.
Para poner en marcha el proceso y utilizar la torre para la producción de combustible, se necesitan materiales especiales para los distintos componentes. Las altas temperaturas en combinación con el vapor de agua suponen un reto: En la ventana de entrada de la luz solar, las temperaturas son aún relativamente moderadas, de hasta 800 grados Celsius. En los siguientes pasos del proceso, la temperatura aumenta hasta los 1.500 grados Celsius. La selección de material para estas condiciones es especialmente exigente, y las soluciones de diseño, complicadas. Los nuevos recubrimientos de alto rendimiento, extremadamente resistentes, deberían facilitar esta tarea en el futuro y ofrecer más opciones a los diseñadores.
Conocimientos técnicos sobre materiales para altas temperaturas
Aquí es donde Fraunhofer HTL interviene con su experiencia en materiales de construcción ligera y materiales de alta temperatura. Desarrollan materiales cerámicos inorgánicos como revestimientos protectores para diversos componentes de instalaciones y aplicaciones futuras. Los materiales tienen que cumplir numerosos requisitos: Por ejemplo, es crucial que el revestimiento de la ventana de entrada sea permeable a la luz solar de forma continua y resistente al vapor de agua. Además, el revestimiento debe adaptarse al coeficiente de dilatación térmica del cristal, para que no se desprenda con los cambios de temperatura. Con las siguientes fases del proceso y sus temperaturas en continuo aumento, el revestimiento debe estar siempre adaptado al sustrato portador correspondiente en cuanto a dilatación térmica y ser hermético al mismo tiempo.
Además de estos materiales, los expertos de Fraunhofer también están desarrollando estructuras portadoras de cerámica reforzada con fibra para tuberías. La cerámica reforzada con fibras es más resistente a los daños que la cerámica monolítica, pero las fibras disponibles en el mercado sólo toleran un máximo de 1.200 grados centígrados. Los científicos del Fraunhofer HTL se han propuesto lograr una mayor estabilidad térmica y aumentar la temperatura de aplicación de las fibras de refuerzo hasta los 1.500 grados Celsius.
Éxito de la cooperación
Los investigadores ya han logrado un primer hito importante: el recubrimiento de la ventana de entrada de luz solar. "El mayor reto en este caso era el bajísimo coeficiente de dilatación térmica. Sin embargo, hemos podido identificar un material adecuado. Nuestras pruebas han demostrado que no sólo es especialmente resistente al calor, sino también al vapor de agua. Protege el material subyacente y es lo bastante transparente como para dejar pasar continuamente suficiente luz solar", afirma satisfecho Jonathan Maier, director del proyecto MAfoS.
En el siguiente paso, los científicos quieren recubrir la ventana de entrada en el tamaño real del componente, para poder probarla en Synhelion. Junto con CeraFib, un socio del proyecto especializado en materiales y componentes compuestos resistentes a altas temperaturas, los expertos del Fraunhofer HTL también han fabricado con éxito tubos de cerámica reforzada con fibras.
Los expertos de Fraunhofer HTL no sólo están entusiasmados con el proyecto en su conjunto, sino también con la contribución que pueden hacer con su participación: "Siempre hemos querido entrar en el campo de las energías renovables, la eficiencia energética, la conversión de energía en X y de energía en combustible con nuestros temas clásicos del Fraunhofer HTL, es decir, los recubrimientos y materiales de alta temperatura, así como las fibras cerámicas. En este proyecto, estamos demostrando que somos un socio de cooperación fuerte en esta área, incluso para pequeñas y medianas empresas, porque estamos orientados al cliente y cerca del mercado con nuestros conocimientos técnicos", se complace en informar Arne Rüdinger, jefe del departamento de Fibras Cerámicas de Fraunhofer HTL. Y Jonathan Maier añade: "También es estupendo que nuestra investigación pueda hacer una contribución tan importante a la reducción deCO2 y, por tanto, a la transformación sostenible de nuestra sociedad." Una transformación que pronto estará al alcance de la mano gracias al compromiso de los socios de MAfoS: La planta industrial de demostración de conversión de energía solar en combustible de Synhelion ya está lista para empezar a funcionar en Alemania en 2024.
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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