La spin-off de ETH, Synhelion, está trabajando en la comercialización de sus combustibles termoquímicos solares de muy alta temperatura (como combustible para aviones e hidrógeno) y ya ha formado asociaciones con varias empresas más grandes que fabrican cemento o combustible de aviación para avanzar paso a paso hacia su objetivo del 100%. combustibles neutros en carbono para 2030.

Sitio de prueba de energía solar térmica concentrada DLR en Jülich IMAGE @ DLR

La última colaboración de la compañía es con Wood , un líder mundial en ingeniería energética, con una larga historia de reformado con vapor de gas natural a gas de síntesis para producir hidrógeno. La empresa de 40.000 empleados ha desarrollado una nueva tecnología para utilizar energías renovables en lugar de combustibles fósiles para suministrar el calor requerido por el reformado con vapor.

«Vamos a demostrar el concepto de que la energía solar térmica se puede utilizar para impulsar esa reacción de reforma del metano», dijo Richard Spiers, Director de Desarrollo de Tecnología de la Madera. «Trabajar con Synhelion nos ofrece importantes oportunidades en términos de la efectividad de esa recolección de energía».
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Las dos empresas probarán sus tecnologías combinadas en el banco de pruebas solar al aire libre DLR Jülich, utilizando energía solar térmica concentrada (CST) para suministrar el calor para reemplazar el combustible fósil para el reformado de hidrógeno. Wood probará su nueva tecnología de reformado a vapor por primera vez.

Synhelion probará su receptor CST de alta temperatura a 1000 ° C en su primera prueba al aire libre «en el sol» y, más tarde, agregará almacenamiento de energía térmica. «En términos de rendimiento, tenemos bastante confianza», dijo el director de Synhelion Thermal Systems, Lukas Geissbühler. «Por supuesto, integrar nuestro receptor de alta temperatura con un campo solar al aire libre con su clima variable, es más complejo que con los soles artificiales, pero esperamos este desafío».

Si su colaboración tiene éxito, crearía un camino rápido hacia el hidrógeno solar comercial al mismo bajo costo que el método actual de combustibles fósiles. La tecnología tradicional de reformado con vapor de Wood es líder del mercado en eficiencia y se utiliza en más de 120 plantas de hidrógeno y gas de síntesis en todo el mundo, con una capacidad instalada total de más de 3,5 millones de metros cúbicos normales por hora (Nm3 / h) de hidrógeno. Así que hay un mercado global listo si se prueba esta versión independiente del combustible.

“Estimamos que con nuestra tecnología de reforma solar, podemos bajar a 1 euro por kilogramo de hidrógeno”, explicó Geissbühler. De 1 euro a poco más de $ 1 en USD, esto es incluso más bajo que el objetivo de costo del DOE de $ 3 / kg de EE. UU. Para producir hidrógeno verde.

Tecnologías de hidrógeno verde

El hidrógeno verde (renovable) se puede producir con electricidad o calor renovable. Usando electricidad, el hidrógeno (H2) se puede dividir del agua muy pura (H2O) con electrólisis, y cuando la electricidad es 100% renovable, se trata de hidrógeno verde.

Pero utilizando 100% de calor solar, Synhelion y los laboratorios de I + D de Suiza, Alemania, Australia y Japón están innovando una tecnología termoquímica de alta temperatura de vanguardia que es potencialmente más eficiente. Al concentrar miles de «soles», de espejos que reflejan la luz solar, en un receptor solar para crear altas temperaturas de hasta 1500 ° C, Synhelion puede separar el hidrógeno del agua mediante procesos redox con ceria. Esta termoquímica solar basada en el calor puede separar el hidrógeno incluso de líquidos complejos como el ácido sulfúrico (H2SO4).

Pero Synhelion dice que la alternativa más rápida a ambos métodos ecológicos, eléctrico o térmico, es simplemente utilizar el actual proceso de reformado con vapor de metano (CH4) de bajo costo, excepto para sustituir la energía solar térmica a 900 ° C para suministrar el calor para el proceso. Si bien no es 100% renovable, porque el metano sigue siendo un combustible fósil, la energía solar elimina el otro 50% de las emisiones.

«Estamos trabajando junto con Wood para llegar al mercado más rápido con esta tecnología de reforma solar, porque son los expertos absolutos en reformar», explicó Geissbühler, y agregó que su vía de termoquímica solar más avanzada con un proceso de ciclo redox aún no está lista para el mercado. , por lo que la reforma solar será el primer paso en sus planes para entregar combustibles solares e hidrógeno comercialmente en dos años.

Reformado de vapor solar

“Nuestra nueva tecnología está diseñada para romper la dependencia de la combustión como la fuente principal de energía térmica, y luego de las pruebas exitosas, Wood se moverá para implementar la tecnología comercialmente”, dijo Spiers.

“La firma reconoce que para que se adopte el hidrógeno como combustible para la transición energética, serán sumamente importantes las mejoras en la eficiencia y la escalabilidad, y estos son los beneficios de nuestra nueva tecnología. La principal ventaja del acoplamiento a la fuente de energía solar térmica ofrece una reducción radical en el consumo y las emisiones asociadas ”.

Hidrógeno 100% renovable con reformado con vapor solar

Con la entrada de calor solar de Synhelion y el reformado con vapor renovable de Wood, el calor para el reformado con vapor será renovable.

«Pero además, el metano para este reformado con vapor puede provenir de cualquier fuente en el futuro». Spires señaló. Las fuentes de combustible no fósil de metano incluyen desechos agrícolas, mataderos y tratamiento de agua municipal.

“Cuando usamos metano de una fuente biológica, podemos compensar efectivamente el 100% del carbono”, agregó Geissbühler.

Las dos firmas han estado trabajando juntas en el proyecto durante los últimos 4 o 5 años. “Se hizo más concreto y luego decidimos construir juntos una planta a escala industrial”, dijo Geissbühler. «Vemos un enorme potencial para escalar rápidamente, lo que significa que podemos llegar al mercado bastante rápido y a un costo que es competitivo con la producción de hidrógeno de última generación».

Para la prueba, las dos empresas están alquilando la torre al aire libre en el sitio de prueba solar de Jülich de DLR, con su campo solar de 80.000 metros cuadrados. “Hemos estado trabajando durante varios meses en el desarrollo de la instalación de I + D para que quepa dentro de la torre existente en Alemania”, dijo Spiers. «Ha sido un proyecto de ingeniería desafiante para ambos, intentar encajar dos tecnologías en un espacio existente en la parte superior de una torre de 30 metros».

El almacenamiento de energía térmica es la forma más barata de garantizar la fiabilidad las 24 horas del día necesaria para la producción de hidrógeno. Geissbühler explica que para el almacenamiento planean utilizar estructuras cerámicas en un sistema de termoclina de un solo tanque. El receptor solar de 250 kW de Synhelion se acoplará por primera vez al reformador de 75 kW de Wood,

«Esta unidad de prueba tiene la capacidad de escalar significativamente más grande que esta prueba», señaló Spiers. La industria del hidrógeno trabaja en metros cúbicos normales por hora (Nm3 / h) de hidrógeno. “Por lo tanto, normalmente operamos en escalas de unos pocos miles hasta muchas decenas de miles y tenemos capacidades de planta que varían en tamaño de 3.000 a más de 200.000 Nm3 / h”, dijo, estimando que esto sería el equivalente a un CST. planta entre 9MW hasta 600MW.

No hay una bala de plata

Dado que el reformado con vapor requiere calor, Wood también está investigando otras energías renovables térmicas. «Tenemos varias oportunidades de desarrollo que estamos analizando en toda nuestra cartera de hidrógeno», comentó. “Solar es una de las respuestas. Pero la transición energética no será solo una fuente de energía o una fuente de hidrógeno, habrá una miríada de ellas. Así que estamos investigando una serie de tecnologías, pero la energía solar de Synhelion es muy prometedora ”.

Sin embargo, ambos se mostraron escépticos de que la electrólisis pueda reducir los costos lo suficiente como para competir con el proceso de reformado con vapor, ya sea fósil o renovable. “El reformado de metano con vapor establece el listón de costos en este momento”, dijo Spires. «Las organizaciones de electrólisis no pueden superar un umbral para alcanzar esa eficiencia de ida y vuelta para reducir los costos».

“Podemos ofrecer precios tan competitivos porque la eficiencia de la energía solar térmica es mucho mayor que la de la fotovoltaica”, dijo Geissbühler. «La conversión de energía solar a energía química en este proceso es aproximadamente del 30% anual, pero si hace fotovoltaica con electrólisis, está al 15%».

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