A mesura que el canvi climàtic passa de la crisi a l'emergència climàtica, el sector de l'aviació sembla que no assolirà l'objectiu d'emissions zero per al 2050. En els cinc anys anteriors a la pandèmia, les quatre principals companyies aèries nord-americanes ( American , Delta , Southwest i United ) van tenir un augment del 15% en l'ús de combustible per als seus avions. Malgrat les millores contínues en l'eficiència del motor, es preveu que aquesta xifra continuï augmentant.
Una possibilitat prové dels combustibles "solars". Per primera vegada, científics i enginyers de l' Institut Federal Suís de Tecnologia (ETH) de Zuric han fet pública una demostració reeixida d'una planta solar integrada per la producció de querosè. Utilitzant energia solar concentrada, va ser possible produir querosè a partir de vapor d'aigua i diòxid de carboni directament de l'aire. El combustible així produït, és una alternativa directa als combustibles derivats dels fòssils i es pot utilitzar amb les infraestructures d'emmagatzematge i distribució i motors existents.
Els combustibles derivats del gas de síntesi, és un producte intermedi que és una barreja específica de monòxid de carboni i hidrogen. Això, és una coneguda alternativa als combustibles convencionals derivats de fòssils. El gas de síntesi es produeix mitjançant la síntesi de Fischer-Tropsch (FT), en la qual les reaccions químiques converteixen el monòxid de carboni i el vapor d'aigua en hidrocarburs. L'equip d'investigadors de l'ETH va trobar que un mètode termoquímic impulsat per l'eneriga solar per dividir l'aigua i el diòxid de carboni mitjançant un cicle redox d'òxid metàl·lic pot produir gas de síntesi renovable.
L'actual planta amb una torre solar a escala de pilot, es va instal·lar a l'Institut d'Energia IMDEA a Espanya. Aquesta planta reuneix tres subsistemes: la instal·lació de concentració de la torre solar, el reactor solar i la unitat de gas a líquid.
En primer lloc, un camp d'heliòstat fet de miralls que giren per seguir el sol concentra la irradiació solar en un reactor muntat a la part superior de la torre. El reactor és un receptor de cavitat revestit amb estructures ceràmiques poroses reticulates fetes de ceria (o òxid de ceri (IV)). Dins del reactor, la llum solar concentrada crea un ambient d'alta temperatura d'uns 1.500 °C que és prou calent per dividir el diòxid de carboni i l'aigua capturats de l'atmosfera per produir gas de síntesi. Finalment, el gas de síntesi es processa a querosè a la unitat de gas a líquid. Una sala de control centralitzada opera tot el sistema.
El combustible produït mitjançant aquest mètode tanca el cicle del carboni del combustible, ja que només produeix la quantitat de diòxid de carboni que s'ha fet en la seva fabricació. L'actual planta pilot de combustible segueix sent una instal·lació de demostració amb finalitats d'investigació, però, és una planta totalment integrada i utilitza un disseny format per una torre solar a una escala rellevant per a la implementació industrial.
El reactor solar va produir gas de síntesi amb selectivitat, puresa i qualitat adequada per a la síntesi de FT amb una bona estabilitat del material durant diversos cicles consecutius. Es va observar un valor del 4,1 % d'eficiència energètica solar-syngas. Això, és un valor rècord per a la producció de combustible termoquímic, tot i que es requereixen millores en l'eficiència per fer que la tecnologia sigui econòmicament competitiva.
El valor mesurat de l'eficiència de conversió d'energia es va obtenir sense cap implementació de recuperació de calor. La calor rebutjada del reactor durant el cicle redox va representar més del 50 % de l'entrada d'energia solar. Aquesta fracció es pot recuperar parcialment mitjançant l'emmagatzematge de calor amb termoclina. Les anàlisis termodinàmiques indiquen que la recuperació de calor sensible podria augmentar l'eficiència energètica fins a valors superiors al 20 %.
Per fer-ho, cal treballar més per optimitzar les estructures ceràmiques que revesteixen el reactor, cosa en què l'equip de l'ETH està treballant activament, mirant estructures impreses en 3D per millorar l'absorció volumètrica radiativa. A més, les composicions de materials alternatius, és a dir, perovskites o aluminats, poden produir una capacitat redox millorada i, en conseqüència, una major producció de combustible específic per massa de material redox.
El següent repte és l'ampliació de la tecnologia per a majors entrades d'energia solar radiativa, possiblement utilitzant una sèrie de mòduls receptors de cavitat solar a la part superior de la torre solar.
Per introduir querosè solar al mercat, es preveu un sistema basat en quotes. Les companyies aèries i els aeroports haurien de tenir una proporció mínima de combustibles d'aviació sostenibles en el volum total de combustible per a avions que posen als seus avions. Això és possible ja que el querosè solar es pot barrejar amb querosè a base de fòssils. Tan sols un 1 o 2 %, augmentaria els costos totals del combustible, encara que mínimament.
Mentrestant, l'augment de les quotes comportaria la inversió i la caiguda dels costos, i finalment substituiria el querosè derivat de fòssils per querosè solar. En el moment en què el combustible solar per a avions arribi entre el 10 i el 15 % del volum total de combustible per a avions, s'hauria de veure els costos del querosè solar són propers als del querosè derivat dels fòssils.
Font: IEEE Spectrum
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada