El Prof. Aldo Steinfeld, miembro del Consejo Científico de IMDEA Energía, es un científico con reconocido prestigio internacional en el ámbito de la ingeniería solar aplicada a procesos químicos con altos flujos de radiación solar y altas temperaturas, en lo que se conoce como "Solar Fuels and Chemicals". El Prof. Steinfeld es Full Professor en la selecta Escuela Politécnica de Zürich (ETH), donde dirige la Cátedra de "Renewable Energy Carriers"; Jefe del Laboratorio de Energía Solar en el Paul Scherrer Institut (PSI) y Editor del ASME International Journal of Solar Energy Engineering.
1.- Sus investigaciones en Suiza son pioneras en abordar la producción de hidrógeno y otros procesos químicos a elevadas temperaturas mediante el uso de radiación solar concentrada. ¿Han conseguido desarrollar reactores solares capaces de operar a altas temperaturas y altos flujos radiantes?.
Hemos desarrollado prototipos de reactores solares con un nivel de potencia de 10 kW que operan a temperaturas superiores a 1500 ºC e intensidades de flujo solar superiores a 3.000 soles (3.000 kW/m2). Los procesos termoquímicos realizados con estos reactores son la descomposición del H2O a través de ciclos termoquímicos para producción de hidrógeno y la conversión térmica de materia prima carbonosa (por ejemplo, carbón, biomasa, neumáticos y otros residuos de carbono) a gas de síntesis de alta calidad y combustibles líquidos. Recientemente, en el marco de un proyecto conjunto con el CIEMAT en España y PDVSA (Petróleos de Venezuela, S.A.), hemos escalado la tecnología del reactor de gasificación de coque de petróleo a 500 kW y las pruebas se iniciarán pronto en la instalación de la torre solar de la Plataforma Solar de Almería del CIEMAT.
2.- Una de sus líneas de investigación se centra en el desarrollo de ciclos termoquímicos especialmente adaptados al uso de los sistemas de concentración solar para producción de hidrógeno. ¿Qué ciclos termoquímicos han experimentado?. ¿Cuáles son sus ventajas? .¿Cuál es el grado de desarrollo actual y los principales hitos conseguidos?.
Hemos analizado varios ciclos termoquímicos y finalmente nos hemos centrado en ciclos basados en el uso de pares redox metal/óxido que posean tan sólo dos etapas. En particular hemos seleccionado la reacción ZnO/Zn, debido a su simplicidad, su buena ciclabilidad y el potencial en cuanto a la eficiente conversión de la energía solar en energía química, lo que conduce a una buena competitividad económica. El principal reto es el desarrollo de la tecnología de los reactores solares que operan a 1700 ºC y 1 bar. Hemos demostrado experimentalmente la viabilidad técnica del proceso con un prototipo de reactor solar de 10kW. En estos días nos estamos centrando en la optimización de la tecnología de los reactores solares y en su cambio de escala.
3.- ¿Algunas de las tecnologías desarrolladas en el ámbito de los "Solar Fuels and Chemicals" pueden ser aprovechadas para procesos de captura y abatimiento de CO2?.
Efectivamente, de hecho, estamos investigando la reversibilidad del proceso de calcinación-carbonatación (CaO-CaCO3) para la captura de CO2 de los gases de combustión, o incluso del aire atmosférico. Con un reactor de lecho fluidizado, directamente expuesto a la radiación solar concentrada, un flujo continuo de aire puede ser totalmente despojado de su CO2 con un tiempo de residencia de menos de 1 segundo, y posteriormente el CO2 puede ser recuperado puro a 1 bar de presión. Por otro lado, estamos utilizando también el propio ciclo termoquímico ZnO/Zn en un reactor solar, para convertir la corriente de CO2 puro en corrientes separadas físicamente de CO y de oxígeno, donde el CO se transforma posteriormente en combustibles líquidos a través de la síntesis Fischer-Tropsch. En resumen: la energía solar se utiliza para capturar el CO2 del aire atmosférico y para reciclarlo en forma de combustibles para el transporte. El ciclo está perfectamente cerrado: ¡un verdadero proceso cíclico sostenible!.
4.- Dentro del programa de investigación de IMDEA Energía y de otros centros de investigación españoles como CIEMAT, encontramos también algunas actividades en sistemas de concentración solar para procesos químicos. ¿En qué temas cree usted que existen mayores posibilidades de encontrar consorcios Europeos para abordar la demostración de estas tecnologías?
A corto y medio plazo, los procesos termoquímicos impulsados por energía solar dirigidos hacia la descarbonización de los combustibles fósiles, por ejemplo, la gasificación, el reformado, y los procesos de descomposición, presentan un gran potencial, ya que permiten el ahorro de los combustibles fósiles, mitigan las emisiones de CO2, y ofrecen un camino de transición hacia los combustibles de origen solar. Estos procesos "híbridos" crean un vínculo entre la actual tecnología basada en los combustibles fósiles y la tecnología solar-química del futuro, y reducen el plazo de tiempo para la transferencia de la tecnología solar a la industria. El reciclado de los residuos carbonosos (neumáticos, plásticos, envases, lodos) también pertenece a esta categoría de procesos solares híbridos y pueden generar interesantes incentivos económicos por el bajo valor de la materia prima. La producción de materiales energéticamente intensivos en sus respectivos procesos de obtención, tales como los metales (Al, Fe, Mg, Si, Cu) y el cemento, constituye un importante nicho de aplicación de la energía solar concentrada como fuente de alta temperatura. A largo plazo, la producción de combustibles solares (H2, gas de síntesis, los combustibles líquidos) a partir de H2O, CO2, o una combinación de ambos, ofrece la mejor solución sostenible para el almacenamiento y el transporte a larga distancia de la energía solar y su uso final para proporcionar calor, energía y combustibles para el transporte. El potencial es alto, y nos corresponde a nosotros hacer el esfuerzo en I+D para que esto sea una realidad.
