El principal productor mundial de cemento, CEMEX, ha comenzado a trabajar con la empresa emergente de combustible solar Synhelion para demostrar la primera producción de cemento con cero emisiones del mundo con energía solar de alta temperatura. Synhelion es una empresa derivada de la investigación solar de ETH que utiliza una tecnología avanzada de energía solar térmica concentrada (CST) para generar temperaturas de hasta 1.500 ° C para la termoquímica y el calor industrial.

La demostración de 1MW planificada conjuntamente será una solución innovadora de energía solar térmica para un desafío climático clave; reemplazar la energía fósil y eliminar las emisiones de dióxido de carbono de la fabricación de cemento, que es responsable de aproximadamente el 8 por ciento de las emisiones anuales de CO _{2 del mundo} .
Synhelion sustituirá la energía solar de muy alta temperatura a 1500 ° C para reemplazar la quema de combustibles fósiles para suministrar calor.

Un encuentro de mentes

Los científicos que impulsan la iniciativa entre las dos firmas fueron presentados por un colega mutuo y describieron el proyecto en una llamada con SolarPACES esta semana.

“Synhelion tiene una de las tecnologías más interesantes que reducirá significativamente las emisiones de CO ₂ en la fabricación de cemento”, dijo Davide Zampini, Jefe de Investigación y Desarrollo Global de CEMEX, con experiencia en química del cemento y ciencia de materiales. «Hemos estado investigando el calor solar durante algún tiempo, por lo que Synhelion captó nuestro interés».

Zampini no solo busca calor en la energía solar, sino también para resolver el problema más difícil de resolver con las emisiones de cemento, que es la reacción de calcinación de la piedra caliza. La fabricación de cemento emite dióxido de carbono de dos formas, un tercio del uso de combustibles fósiles para calentar sus procesos, pero alrededor de dos tercios proviene de la química de la reacción de calcinación en sí, que emite naturalmente dióxido de carbono.

Calor solar para reemplazar la energía fósil, pero también …

“Todo el mundo habla de mitigar y capturar las emisiones de CO ₂ , pero nadie habla de qué hacer con el CO2 capturado”, explicó Zampini.

Mostró al CEO de Synhelion, Gianluca Ambrosetti, dónde ocurre el problema de las emisiones naturales y Ambrosetti inmediatamente esbozó un diagrama de cómo Synhelion podría capturar estas además de suministrar calor, debido a la concentración de las emisiones de dióxido de carbono de la reacción de calcinación. . Y Synhelion tiene un uso comercial para ellos, en la fabricación de combustible solar para aviones.

Synhelion produce combustible solar para aviones y otros hidrocarburos sin combustibles fósiles mediante la utilización de termoquímica solar de muy alta temperatura para reorganizar las moléculas de H ₂ O y CO ₂ . Por lo tanto, también necesita obtener un suministro constante de CO ₂ .

«Sí, este es el punto central», coincidió Ambrosetti, cuya formación científica es la física. “Como nuestro propio proceso para fabricar combustibles solares está diseñado para alimentar CO ₂ , es fácil para nosotros extraer las emisiones de CO ₂ de la reacción de calcinación en forma prácticamente pura. Esto significa que no necesitamos invertir en una unidad de secuestro de carbono separada masiva «.

Esto es mucho más fácil que capturar el CO ₂ del gas de combustión que sale de una planta de carbón, porque ya está en un circuito cerrado sin aire. No hay emisiones de NO _x . Debido a que el carbón se quema en el aire, que es principalmente nitrógeno, la separación de CO ₂ en una planta de carbón es compleja y costosa.

Zampini comprendió de inmediato la ventaja de este aspecto dual de la tecnología. Se han realizado muchas investigaciones sobre el uso del calor solar térmico para la fabricación de cemento , pero esta es la primera vez que también incluye la captura de carbono.

Synhelion utilizará una configuración ligeramente diferente de los componentes que utiliza para fabricar combustible solar. Habría el mismo campo solar, receptor de torre y almacenamiento en el sitio de cemento, pero sin reactor solar, que es donde se realiza la termoquímica de combustible solar . Para esta tecnología, simplemente extraería el dióxido de carbono y lo mezclaría con vapor de agua, usando algo como fluido de transferencia de calor (HTF) y dejando algo a un lado para usarlo en la fabricación de combustibles solares, que se fabricarían y venderían por separado.

“Dado que el HTF está compuesto de dióxido de carbono y vapor de agua, la extracción de CO ₂ es bastante sencilla. El agua se puede condensar dejando CO ₂ concentrado . Este puro CO ₂ corriente procedente de la planta es lo que se suministra entonces a una planta de síntesis de combustible solar Synhelion otra parte,”dijo.

Una relación simbiótica

“CEMEX en realidad proporciona la materia prima que necesitamos para fabricar nuestros combustibles solares”, dijo Ambrosetti. Synhelion también está trabajando con una importante compañía petrolera y el aeropuerto internacional de Suiza para producir combustible solar para aviones. “Para nosotros, las plantas de cemento ofrecen un muy buen aporte de CO ₂ altamente concentrado , que vale la pena capturar. Nuestro sistema produce calor para la planta de cemento y recibe CO ₂ que luego podemos utilizar para producir combustibles sintéticos «.

Los socios ahora planean una demostración para fines de 2022. “Nuestra visión inicial es una entrada de receptor de 1 MW y un campo solar de 2,000 pies cuadrados de helióstatos, para demostrar su viabilidad”, dijo Ambrosetti. “Pero, por supuesto, 1 MW sigue siendo una planta precomercial muy pequeña. Las plantas de cemento son enormes. Una unidad solar de tamaño completo tendría una potencia de entrada del receptor en el rango de 150 MW «.

Cómo funciona

“El fluido caloportador gaseoso (dióxido de carbono y vapor de agua) se calentará en el receptor solar por encima de los 1.500 ° C. El receptor utiliza el principio de gas absorbente Synhelion que utiliza gases de efecto invernadero para trabajar en un circuito cerrado. El HTF caliente se alimenta a la etapa de piroprocesamiento del cemento; un horno rotatorio y un precalcinador donde calentará el material en una disposición de contraflujo ”, explicó Ambrosetti.

“Después de suministrar calor al proceso, parte del HTF, que ahora se ha enfriado a unos 800-1.000 ° C, se devuelve al receptor para volver a calentarlo. Todas las emisiones de dióxido de carbono de la calcinación permanecen dentro de la planta de cemento impulsada por energía solar y se mezclan con el HTF. Por lo tanto, el exceso de dióxido de carbono que se origina en la calcinación se extrae continuamente del HTF ”.

La fabricación de cemento funciona de forma continua y la operación de arranque y parada no es práctica. El almacenamiento de energía térmica, como en una planta de energía que funciona con CSP, se utilizará para entregar el calor solar de forma continua al proceso y se incluirá el calentamiento de respaldo de electricidad o hidrógeno durante períodos más largos en los que la temperatura del HTF podría bajar, para garantizar un calor estable. entrega 24/7.

Potencial para eliminar las emisiones de cemento

Muchas regiones cementeras también tienen un buen recurso solar necesario para esta tecnología termosolar concentrada. La propia CEMEX tiene plantas de cemento en más de 20 países; México, Estados Unidos, Centro y Sudamérica y el Caribe, Europa, Medio Oriente, África y Asia. Muchas de estas naciones también tienen restricciones climáticas.

“Estamos haciendo esto por nosotros, pero también por la industria”, señaló Zampini. “No solo en Europa y California, sino en muchos otros países del mundo, las emisiones de carbono se están volviendo cada vez más relevantes y la legislación se centra en cómo minimizar las emisiones. Así que es algo que debemos abordar. No vemos esta tecnología limitada a CEMEX, pero creemos que toda la industria puede aprovechar lo que estamos desarrollando aquí ”.

CEMEX, con sede en México, ya es líder en la industria del cemento en reducción de emisiones de cemento. Ha aumentado la adopción de combustibles alternativos al 28%, ha mejorado la eficiencia térmica, ha desarrollado y está utilizando clínker de baja temperatura y aditivos especiales para mejorar la resistencia del clínker y aglutinantes sin clínker. Su equipo de I + D ha participado en proyectos financiados por la UE en recuperación de calor residual, tecnologías de membranas, combustión de oxicombustible y en el proyecto LEILAC de calcinación indirecta por calor y captura de carbono.

Si bien todos estos proyectos reducen las emisiones, su nueva asociación tecnológica con Synhelion tiene el potencial de eliminar por completo las emisiones de carbono de la fabricación de cemento, al tiempo que suministra la materia prima necesaria para que Synhelion produzca en masa combustibles solares como combustible para aviones.

Susan Kraemer, solarpaces.org

http://helioscsp.com/cemex-and-synhelion-to-demo-zero-co2-cement/