Al producir hidrógeno solar como un servicio industrial para la minería del cobre, se establece la escala para la producción en masa de hidrógeno verde a un costo mucho menor que la electrólisis.

La ruta más rápida para comercializar hidrógeno solar podría ser suministrando hidrógeno, oxígeno y calor a la industria minera del cobre de Australia con termoquímica solar, dijo Christian Sattler a SolarPACES recientemente. Como en toda la producción de combustibles solares, el calor de esta química se produce mediante espejos que dirigen el flujo solar concentrado a un receptor en lo alto de una torre.

Reactor solar híbrido de azufre (HyS)

Con su experiencia al frente de la investigación de combustibles solares en el centro de investigación solar de Alemania en DLR, Sattler ve una conexión sinérgica entre el procesamiento de ácido sulfúrico utilizado en la minería del cobre con una nueva forma solar de producir hidrógeno a partir de ácido sulfúrico; la tecnología Hybrid-Sulphur (HyS) .

¿Cómo se usa el ácido sulfúrico en las minas de cobre?

Las reacciones de ácido sulfúrico se utilizan para refinar el cobre del mineral utilizando hidrógeno y oxígeno.

“Hay procesos mineros como el tostado de mineral de cobre donde se produce dióxido de azufre. Esto se puede utilizar en un ciclo híbrido térmico / eléctrico para producir hidrógeno, oxígeno y ácido sulfúrico ”, explicó Sattler.

“Las minas de cobre necesitan tanto hidrógeno como oxígeno. Primero necesitan el oxígeno para tostar el mineral porque contiene mucho azufre. Con el tostado, transforma el mineral en óxido de cobre y luego necesita hidrógeno para reducir el óxido de cobre a cobre. El mineral de cobre contiene el azufre que se usa para producir el ácido sulfúrico que a su vez se usa para lixiviar las otras impurezas de los minerales «.

La producción de hidrógeno solar a partir de ácido sulfúrico consume mucha menos energía que la electrólisis

Usando ácido sulfúrico, tanto el hidrógeno como el oxígeno se pueden generar en un nuevo tipo de reactor solar. En el proceso HyS de dos pasos, se utiliza calor solar a alta temperatura de hasta 900 ° C para descomponer el ácido sulfúrico (H2SO4) y generar hidrógeno y oxígeno.

La descomposición del ácido sulfúrico es parte del primer paso del proceso de producción de trióxido de azufre (SO2) y oxígeno. En el segundo paso, el SO2 junto con el agua pasa a un electrolizador despolarizado de SO2 (SDE) para generar hidrógeno y H2SO4 fresco, para repetir el ciclo.

Este electrolizador despolarizado con SO2 solo requiere aproximadamente una séptima parte de la energía eléctrica de la electrólisis de agua convencional, por lo que este método puede producir aproximadamente un 50% más de hidrógeno con la misma entrada solar.

Grupos de investigación internacionales en Alemania, Australia, Japón y los EE. UU. Han diseñado y probado los componentes necesarios para este proceso basado en azufre a muy alta temperatura: un reactor / evaporador solar, un intercambiador de calor para la descomposición de SO3 y un separador de oxígeno para SO2 y O2. La búsqueda de materiales identificó la construcción de carburo de silicio que puede mantener la estabilidad en las condiciones corrosivas y las temperaturas muy altas necesarias para realizar la termoquímica.

Muchas ventajas del hidrógeno solar derivado del azufre

El azufre se puede almacenar de forma económica durante mucho tiempo solo en una pila al aire libre; como un montón de carbón. A diferencia de todas las demás tecnologías de almacenamiento de calor, la energía almacenada se puede recuperar a una temperatura realmente superior a la del aporte de calor original y recuperar a una temperatura constante.

Un proceso termoquímico basado en azufre tiene una capacidad de almacenamiento más de un orden de magnitud mayor que las sales fundidas actuales, lo que reduciría el costo de una operación confiable las 24 horas del día de la producción de combustibles solares.

Ganar-ganar: hacer hidrógeno solar y oxígeno in situ en la mina de cobre

Actualmente, debido al costo de llevar hidrógeno y oxígeno a las minas y al costo de los combustibles fósiles para generar calor para las reacciones químicas necesarias, las minas de cobre solo producen óxido de cobre en el sitio, y luego tienen que enviar el óxido de cobre a otra empresa. para refinarlo en cobre, por lo que las minas pierden en la producción del valioso producto final del cobre.

“Esta tecnología HyS podrá proporcionar eso en el sitio. Entonces, si puede producir hidrógeno y oxígeno en el mismo sitio donde está la mina de cobre, será independiente de una empresa externa, que de lo contrario tendrá que producir los gases en otro lugar para refinar el óxido de cobre. Esto aumenta sus costos «. Sattler explicó.

«Hemos diseñado un sistema que podemos integrar el HyS en el procesamiento de cobre», agregó Mehdi Jafarian, quien está contribuyendo a la investigación de HyS en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Adelaide de Australia, que probará la nueva tecnología, primero a escala de laboratorio. y al aire libre al sol en 2022.

“Así que estamos trabajando con DLR para la integración de HyS en el procesamiento de cobre para producir hidrógeno y oxígeno in situ para el sector de procesamiento y minería del cobre. Esto nos permite suministrar hidrógeno y oxígeno a los procesadores de cobre durante nueve a diez meses al año. En términos económicos, es incluso comparable con las tecnologías de producción de hidrógeno más modernas que utilizan combustibles fósiles ”.

Una vez que el hidrógeno solar se produce como parte de un servicio industrial para la industria minera del cobre, la escala se establece para su producción en masa como un portador de energía independiente con muchas aplicaciones en sectores difíciles de descarbonizar, como el transporte de carga.