Proyectos de Investigación

España es uno de los países europeos con mayor irradiación solar media y lider mundial en implantación de Energía Solar Concentrada (CSP). Una ventaja de la tecnología CSP es su capacidad de almacenar energía térmica y usarla cuando no hay irradiación. La plantas CSP de última generación incluyen sistemas de almacenamiento en sales fundidas (calor sensible) que pesentan limitaciones: temperatura máxima limitada por degradación térmica, almacenaje a alta temperatura para evitar solidificación, corrosión y coste. En nuestro proyecto CTQ2017 se investigó el almacenamiento termoquímico mediante reacciones de calcinación/carbonatación, proceso calcium-lopping (CaL), usando caliza natural, que es abundante, barata, no corrosiva y permite operar a alta temperatura aumentando la eficiencia de conversión termoeléctrica. Su densidad energética (~1 MWhr/m3) es superior al de las sales (0.25-0.40 MWhr/m3). Un problema del CaL para almacenamiento termoquímico es la desactivación del CaO con el número de ciclos. En nuestro proyecto CTQ2017 se propusieron diversas estrategias de mejora con las que se consiguieron rendimientos muy altos incluso después de muchos ciclos: (i) cambio de condiciones de calcinación-carbonatación (reducción de la temperatura de calcinación e incrementar la de carbonatación para mejorar el rendimiento tanto del proceso como de la planta) y (ii) propuesta de otros carbonatos diferentes de la caliza, uso de aditivos, uso de residuos (escorias) y materiales sintéticos de bajo coste. Estos resultados de laboratorio son de extraordinario interés para su aplicación a plantas de CSP, pero para su transferencia se requiere de validación en entorno relevante. En este proyecto se propone escalar los resultados de laboratorio mediante ensayos en planta piloto, el desarrollo y ensayo de un nuevo calcinador solar, así como la evaluación de la viabilidad técnico-económica de la tecnología a escala industrial. En este proyecto se desarrollará una prueba de concepto de un novedoso reactor/intercambiador de calor de tipo ciclón basado en energía solar. La radiación solar concentrada alcanzará el calcinador solar tipo ciclón mediante un sistema beam-down (concentrador solar secundario) desde el campo solar, formado por 14 heliostatos con una superficie total de 30 m2 de la planta piloto construida en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES, en el que han participado la mayor parte de los miembros del equipo de investigación del proyecto coordinado. El estudio y desarrollo de esta prueba de concepto permitirá establecer la viabilidad del diseño y demostrar su interés a empresas del sector energético y del cemento de cara a una futura integración de energía solar, en busca de una reducción de costes y emisiones de CO2. Se parte de estudios a nivel de concepto desarrollados en el proyecto CTQ2017 con nivel de madurez tecnológica TRL 4, y se estima que se avanzará hasta niveles TRL 5-6. Se realizará un análisis de la viabilidad económica de la implantación de los nuevos conceptos propuestos en el marco del proyecto CTQ2017 y se elaborará un plan de transferencia. Este plan recogerá las acciones a llevar a cabo para favorecer una transferencia efectiva al sector industrial. Además, dado el potencial de patentabilidad de la tecnología objeto del proyecto, una vez probada en escala relevante (prueba de concepto), se desarrollará un plan de explotación y protección de derechos intelectuales.

El presente proyecto forma parte del proyecto coordinado ENERCATH2 que pretende integrar una estrategia que involucra múltiples reacciones para la producción y uso de hidrogeno verde a partir de la biomasa. El objetivo último es contribuir al desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles que sustituyan a las actuales, derivadas de las fuentes fósiles. Específicamente, el proyecto del ICMS se centra en el uso del ácido fórmico como vector energético de hidrógeno, dado que es un compuesto químico líquido con una alta densidad gravimétrica de energía, que puede ser almacenado, transportado y manipulado de manera segura usando la infraestructura existente de distribución de hidrocarburos.

El objetivo principal del proyecto es la generación de ácido fórmico a partir de biomasa lignocelulósica y la posterior obtención de corrientes de hidrógeno a partir de éste. Para este fin, se pretende desarrollar catalizadores novedosos, preferiblemente basados en carbones derivados de la biomasa y/o en metales de transición, no nobles, (V, Ni, Cu, Co, etc.), activos, selectivos y estables, para: i) la oxidación directa y selectiva de la biomasa lignocelulósica, e.g. glucosa, bien hacia la producción masiva de ácido fórmico, bien hacia la producción de una mezcla de ácido fórmico con otros co-productos, tales como el ácido levulínico, que pueden servir como punto de partida para la generación de productos plataforma de interés industrial, intermedios en la producción de combustibles y ii) la deshidrogenación de ácido fórmico, tanto en fase líquida como gaseosa, para la producción de corrientes de hidrógeno libres de CO.

Los catalizadores preparados serán caracterizados estructural y químicamente por una gran variedad de técnicas (DRX, XPS, SEM, HRTEM, Raman, DRIFTS, TPR/TPD, UV-Vis, Análisis textural), tanto pre- como post-reacción, para evaluar las posibles modificaciones ocurridas en el transcurso de la misma. Igualmente, se realizarán estudios en condiciones de reacción (in-situ y operando) por espectroscopias DRIFTS y ATR, lo que, junto con los resultados de actividad y de caracterización, permitirá analizar el mecanismo de las reacciones y así poder establecer la relación estructura-actividad en cada caso. El conocimiento de esta relación permitirá optimizar el catalizador diseñado y, en última instancia, cada proceso catalítico de producción de vectores sostenibles de energía propuesto en el proyecto