Lanzamiento del proyecto financiado por la UE SUN-to-LIQUID II Combustibles a partir de luz solar concentrada
Cofinanciado por la UE y Suiza, el proyecto europeo de investigación SUN-to-LIQUID II se puso en marcha el 1 de noviembre de 2023. Las principales instituciones asociadas del mundo académico y la industria demostrarán la escalabilidad y la alta eficiencia en la producción de combustible de hidrocarburos sostenible a partir de agua, CO2 y luz solar concentrada mediante conversión química a alta temperatura.
De qué trata SUN-to-LIQUID II
La Comisión Europea (CE) tiene como objetivo eliminar las emisiones netas de gases de efecto invernadero (GEI) en el camino hacia la neutralidad climática a mediados de siglo. El sector del transporte desempeñará un papel importante en la transición hacia una sociedad que viva con un 100% de energías renovables. Dos retos clave para alcanzar este objetivo se refieren a (i) una mayor base de materias primas para la producción de combustibles renovables y (ii) el desarrollo a largo plazo de tecnologías de combustibles sostenibles para la aviación.
Aunque la electrificación, y probablemente también el hidrógeno, desempeñarán un papel importante en la descarbonización del transporte, seguirá habiendo una necesidad continua de combustibles de hidrocarburos líquidos densos en energía, especialmente para la aviación y el transporte marítimo. Los biocombustibles de primera generación no pueden satisfacer los volúmenes necesarios, debido a limitaciones de disponibilidad y sostenibilidad. Por lo tanto, se necesitarán tecnologías escalables para satisfacer la demanda de combustible a largo plazo. La radiación solar es la forma más escalable de energía renovable.
SUN-to-LIQUID II desarrollará un conjunto de tecnologías versátiles para la producción de combustible solar a partir de agua y CO2, como por ejemplo:
- un sistema mejorado de concentración solar de alto flujo para aplicaciones que utilizan calor de proceso de alta temperatura;
- Producción eficiente de combustible «termoquímico-solar», es decir, un proceso de conversión química a alta temperatura impulsado por la luz solar, utilizando nuevos materiales impresos en 3D en el reactor solar para los procesos de reducción-oxidación;
- conceptos de intercambio y recuperación de calor para mejorar aún más la eficiencia de los procesos de conversión a alta temperatura.
El resultado final será un avance tecnológico decisivo y una hoja de ruta para una vía de conversión sólida y sostenible que permita producir combustible líquido renovable de alta calidad a partir del potencial inagotable de la energía solar.
El consorcio
El consorcio SUN-to-LIQUID II está formado por seis socios de cinco países europeos (España, Alemania, Suiza, Países Bajos y Francia), bajo la coordinación de Bauhaus Luftfahrt e. V. Esta asociación única entre institutos de investigación y la industria tiene como objetivo salvar la brecha entre la investigación y las aplicaciones industriales en la química de alta temperatura impulsada por la luz solar. Los principales institutos internacionales de investigación en el campo de la termoquímica solar, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Fundación IMDEA Energía, colaboran en la mejora del concentrador solar y el funcionamiento de la planta en el Parque Tecnológico IMDEA de Móstoles, España. Además, IMDEA ensaya y pone en práctica nuevos materiales redox estructurados impresos en 3D y DLR desarrolla el reactor solar con recuperación de calor integrada. El socio industrial HyGear BV contribuye a la conversión del gas de síntesis solar en combustibles líquidos. Synhelion SA, spin-off de la ETH y líder industrial en química solar de alta temperatura, aporta su experiencia para ampliar el prototipo y realiza el análisis de explotación. Bauhaus Luftfahrt e.V. realiza análisis tecnoeconómicos, medioambientales y socioeconómicos en colaboración con los socios del consorcio. Bauhaus Luftfahrt e.V. cuenta con el apoyo de L-up, una PYME consultora francesa, en la coordinación del proyecto, así como en las actividades de comunicación y explotación, gracias a su amplia experiencia en proyectos de la UE.
Principales innovaciones
SUN-to-LIQUID II aprovecha un recurso prácticamente ilimitado de producción sostenible de combustible desarrollando la tecnología y la hoja de ruta para producir combustible líquido renovable de alta calidad directamente a partir de agua, CO2 y energía solar concentrada. El objetivo principal de SUN-to-
LIQUID II es aumentar la eficiencia energética del reactor solar a más del 15% mejorando la la absorción radiativa efectiva mediante materiales redox impresos en 3D con una estructura optimizada y recuperando el calor sensible durante el proceso redox de oscilación térmica. Aportará avances de la investigación a escala de laboratorio sobre materiales redox y recuperación de calor a la en un entorno industrial relevante. Además, este proyecto aportará pruebas
reducción rentable de las emisiones de gases de efecto invernadero en más de un 80%, especialmente en el sector de la aviación. de producción más allá de la demanda prevista. El proyecto se basa en el proyecto precedente de Horizonte 2020 SUN-to-LIQUID, que demostró con éxito la producción de combustible solar termoquímico en el sol a escala de 50 kW.
Personal investigador de IMDEA Energía estudia una nueva estrategia para mejorar la transformación de residuos plásticos en combustibles sostenibles
Dentro de la problemática actual de la gestión de los residuos plásticos, los procedentes de equipos eléctricos y electrónicos se están convirtiendo en uno de los temas candentes de la comunidad científica. El consumo de este tipo de equipos se ha incrementado significativamente en los últimos años, ya que contribuyen a alcanzar altos niveles de vida y su producción a gran escala los hace asequibles a gran parte de la sociedad. Pero al ser productos de vida corta, rápidamente se convierten en desechos y, debido a su heterogeneidad química y estructural, los sistemas de gestión actuales se han vuelto prácticamente insostenibles.
Las tecnologías actuales disponibles para la gestión de residuos plásticos son el reciclaje mecánico y químico, la incineración y, como opción final, la disposición en vertederos. Dentro del reciclaje termoquímico, la pirólisis se explora actualmente como alternativa principal para producir combustibles u otros productos químicos valiosos a partir de plásticos que no se pueden reciclar mecánicamente.
La pirólisis consiste en la descomposición térmica de plásticos en ausencia de oxígeno a temperaturas en el rango de 400-600 ºC, produciendo típicamente hasta cuatro fracciones: gas, líquido (oil o aceite de pirólisis), ceras y un sólido carbonoso (char). Optimizando las condiciones de reacción y en presencia de un catalizador (pirólisis catalítica), se pueden maximizar los rendimientos del oil. El papel del catalizador en este caso es doble: por un lado impulsar las reacciones de craqueo, lo que permite una mayor despolimerización de la materia prima en hidrocarburos más livianos, y promover otras reacciones que reduzcan la composición del aceite en productos químicos específicos y valiosos (por ejemplo, monoaromáticos).
Entre los catalizadores investigados en el proceso de pirólisis hasta ahora, las zeolitas exhiben un excelente desempeño debido a su acidez única y arquitectura de poros. En concreto, la zeolita ZSM-5 es reconocida como uno de los catalizadores más prometedores debido a su alta actividad de craqueo y menor generación de coque que otras zeolitas. Además, sus propiedades ácidas y de accesibilidad se pueden modificar para mejorar aún más su rendimiento en reacción.
Reciclaje de cables del sector electrónico
Los estudios de pirólisis catalítica con plásticos modelo son numerosos, sin embargo, no se encuentran tantos ejemplos cuando se trata de muestras reales con diversidad de polímeros en su composición, aditivos y material inorgánico. Las muestras que contienen PVC son especialmente problemáticas dado su alto contenido en cloro (hasta el 57% en peso), elemento que tiene que ser eliminado prácticamente en su totalidad para su introducción en las refinerías.
En este contexto, la Unidad de Procesos Termoquímicos del Instituto IMDEA Energía junto con investigadores de la Universidad de Calabria han estudiado la conversión de plásticos reales, mezclas de compuestos de polietileno (PE) y PVC, procedentes del reciclaje de cables del sector electrónico.
La estrategia seguida por ambas instituciones se ha basado en un proceso de pirólisis en dos etapas. En la primera de ellas, exclusivamente térmica, se somete a los residuos plásticos a una temperatura relativamente baja (350 ºC), liberándose en la mayor parte del cloro contenido en las moléculas de PVC en forma de ácido clorhídrico gas, reteniéndose este de forma segura en una disolución acuosa tras la reacción. Posteriormente, se somete a los plásticos resultantes a una segunda etapa a mayor temperatura, convirtiendo el plástico en vapores a la temperatura de reacción y haciéndolos pasar a través de un lecho de catalizador de zeolita ZSM-5 modificada para mejorar sus propiedades tanto de accesibilidad como de acidez.
Los resultados obtenidos demuestran que esta combinación es una estrategia eficiente para la producción de una fracción significativa de petróleo con una alta aromaticidad y alto índice de octano. Asimismo, se ha conseguido que el contenido de cloro sea lo suficientemente bajo como para ser finalmente procesado en unidades de refinería, tanto para producir combustibles de transporte como productos químicos.
Más información: 10.1016/j.cattod.2021.11.033