Combustibles Solares: Una Alternativa Energética Viable para el futuro futuro

Transcripción

1 Combustibles Solares: Una Alternativa Energética Viable para el futuro futuro Dr. Hernando Romero Paredes Rubio Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa Ingeniería en Recursos Energéticos. México DF, Noviembre 19, 2014 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

2 contenido Introducción Qué es la termoquímica solar? Hidrógeno? Ciclos termoquímicos Los Reactores Solares El reto Conclusiones y últimos comentarios

3 introducción El uso masivo de la energía solar requiere de sistemas de almacenamiento y/o de un vector energético para su transporte (energía fácilmente transportable) Los vectores energéticos se vislumbran atractivos para ese fin. El potencial de los ciclos termoquímicos para la producción de esos vectores es muy amplio pero aún con problemas técnicos interesantes. La gasificación de la biomasa o la pirolisis se ve como una vía interesante de corto plazo. La pirólisis de plásticos es una alternativa ecológica de corto plazo para la producción de hidrógeno Y, se requiere el desarrollo de reactores solares de alta eficiencia.

4 Que es la termoquímica solar? Definición UAM IRE HRP Es el estudio de materiales, reacciones, procesos químicos que requiere de temperaturas medias y altas que puede ser satisfechas con energía solar concentrada

5 Visión de la TQS Almacenamiento de la energía solar Producción de un vector energético Valoración de materiales Aprovechamiento de desechos orgánicos y plásticos Detoxificación de materiales

6 Por qué usar la radiación solar? Es una fuente de energía benigna al medio ambiente.no CONTAMINA!!!! Se pueden tener altas concentraciones de energía solar > 1000 W/m2 C > T > 3000 oc Grandes tasas de calentamiento >> 1000 oc/s Es un recurso abundante en todo el planeta El sol sale para todos

7 Por qué vector energético? La energía solar es aleatoria e intermitente No esta distribuida homogéneamente en el planeta Requiere de ser almacenada y transportada. La solución; un material que la almacene y sea fácilmente transportable Reacciones químicas, hidrógeno, gas de síntesis (syngas), alcohol, biodiesel, etc.

8 Hidrógeno? 1 kg H2 = scf gas natural = Nm3 gas = 142 MJ (HHV*) ó 120 MJ (LHV**) * Poder calorífico superior ** Poder calorífico inferior

9 Hidrógeno? Su producción. El hidrógeno puede ser producido a partir de: Electrólisis del agua Termólisis del agua Reformación de hidrocarburos Ciclos termoquímicos del agua Gasificación y pirolisis de la biomasa Ciclos fotoquímicos con biomasa etc

10 Producción de un vector energético: Syngas El Syngas o gas de síntesis es el producto del rompimiento de las cadenas de hidrocarburos (carbohidratos o hidruros de carbono): 2H2 O + CH4 = 4H2 + CO2 H0 298K = kj/mole Reformación de metano con vapor de agua. 2H2S + CH4 = CS2 + 4H2 H0 298K= kj/mole Reformación de metano con ácido sulfhídrico. La reformación de un hidrocarburo puede por lo tanto llevarse a cabo según la reacción: CH 4 + H 2O CO + 3H 2

11 El reto: tener un proceso en el que se obtenga mayoritariamente CO e H2

12 A partir de plásticos de desecho:

13 Procesos termoquímicos a partir del agua

14 Ciclos termoquímicos Los procesos de ciclos termoquímicos han sido estudiados desde hace más de 30 años. Fueron abandonados por más de una década Ahora se retoman para enfrentar el reto de la producción de hidrógeno.

15 Ejemplos de Ciclos de producción de hidrógeno con energía solar

16

17 3 FeO(l) +1/2O2 Quench O2(g) FeO(s) 1 Fe3O4 6 Solar Reactor Hydrolyser 14 H2O Fe3O4 H2O + H2 Fuel Cell H2 11 W

18 Los Reactores Solares

19

20 Reactor de lecho fijo por lotes

21

22 Reactores de lecho móvil por lotes

23 SIMULACIÓN DE REACTORES SOLARES Caída de presión en el LF 2 fo ρ f j 1 εg dp = 2C f 3 d εg dz F Ecuación de energía 2 T 2 T T T ρc p + ε g (ρc p )g u g kef t z x z Condiciones a la frontera Z = 0; T = Ti Z = L; T = Tf x = 0; T = Tp x = R; T =0 x = 0

24 RESULTADOS Gráficas de contorno de la distribución de temperatura para un tiempo adimensional fijo (τ = 2). a) Para velocidad nula de gas b) para una velocidad dada de gas (χpe=5)

25 EJEMPLO DE DISEÑO

26 Conceptualización de un reactor solar

27

28 El reto Llevar a cabo el modelado matemáticos que describan toda la fenomenología. Desarrollar los programas de simulación para predecir el comportamiento térmico bajo condiciones de reacción química Obtener las condiciones de operación óptima para la maximización de la capacidad de almacenamiento o de la producción de hidrogeno Realizar las experiencias con diferentes compuestos y reacciones químicas que permitan obtener el comportamiento bajo condiciones reales Comparar los resultados obtenidos con las simulaciones realizadas y, en su caso corregir los modelos. Desarrollar el o los procesos completos, simularlos y llevarlos a escala laboratorio. Escalar el modelo a planta piloto.

29 COMBUSTIBLES SOLARES Están coordialmente invitados a colaborar en este proyecto: CONTACTO: Dr. Hernando Romero Paredes Rubio hrp@xanum.uam.mx Tel: ext 1241 UAM-IZTAPALAPA