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SOCIEDAD. ¿Salvando el clima con combustible sintético?

 

Para 2030, el minorista Lidl Suiza cambiará de gas natural fósil a gas renovable licuado para operar sus camiones. Fuente: Lidl Schweiz

Los análisis de movilidad muestran: Solo una pequeña proporción de todos los vehículos son responsables de la mayoría de los kilómetros recorridos. Hablamos sobre todo de camiones de largo recorrido que transportan mercancías por toda Europa. Si estos continúan alimentados con energía fósil, difícilmente será posible reducir suficientemente las emisiones de CO 2 en el tráfico rodado. Los combustibles sintéticos pueden hacer una contribución significativa a tales aplicaciones.

Con movilidad eléctrica, movilidad de  y , el futuro demostrador de movilidad de Empa, "move", está investigando tres caminos para la reducción de CO2 en el tráfico rodado en el contexto de un sistema energético que cambia rápidamente. "Todos estos conceptos tienen ventajas e inconvenientes en términos de energía, operación y economía. Para poder usarlos de manera inteligente, necesitamos una comprensión más profunda del sistema en general", dice Christian Bach, director del laboratorio de tecnologías de trenes motrices automotrices de Empa"Junto con nuestros socios de 'movimiento', estamos trabajando para desarrollar conocimientos que se puedan poner en práctica".

El último proyecto se centra en la producción de metano sintético a partir de hidrógeno y CO2 , la denominada metanizaciónDichos combustibles, producidos sintéticamente con  denominada así sin fuente o gas de síntesis, pueden transportarse por rutas convencionales y ponerse a disposición a través de la infraestructura existente. Esto es de interés para Suiza y a nivel mundial, porque abre un enorme potencial para las energías renovables.

Un proceso de metanización desarrollado en Empa

El proceso químico básico de metanización se conoce desde hace más de 100 años como la reacción de Sabatier. En "move", se utilizará otro proceso desarrollado en Empa: la denominada metanización mejorada por sorción. Los investigadores de Empa esperan que este novedoso concepto de ingeniería de procesos conduzca a un control de procesos más simple, una mayor eficiencia y una mejor idoneidad para la operación dinámica.

La metanización funciona de la siguiente manera: el metano (CH4) y el agua (H2O) se producen por conversión catalítica a partir de  (CO2 ) e hidrógeno (H2). Sin embargo, el agua está causando problemas con los procesos convencionales: para eliminarla, generalmente se requieren etapas de metanización en serie, con áreas de condensación en el medio. Debido a las altas temperaturas de reacción, una parte del agua se convierte de nuevo en hidrógeno mediante la llamada reacción de desplazamiento de agua-gas. El producto gaseoso de la reacción de metanización contiene, por tanto, un pequeño porcentaje de hidrógeno, lo que evita la alimentación directa a la rejilla de gas; primero se debe eliminar el hidrógeno.

Dióxido de carbono y agua del aire

El dióxido de carbono para la metanización y el agua para la producción de hidrógeno se extraen directamente de la atmósfera con un colector de CO2 de la escisión ETH Climeworks. El sistema aspira aire ambiental y las moléculas de CO2 permanecen adheridas al filtro. Usando calor, alrededor de 100°C, las moléculas de CO2 se pueden liberar del filtro. Los investigadores de Empa ven un mayor potencial de optimización del calor necesario para esta desorción de CO2 . 

"Tanto la producción de hidrógeno como la metanización generan continuamente calor residual", dice Bach. "Mediante una gestión inteligente del calor, queremos cubrir los requisitos de calor del colector de CO 2 tanto como sea posible con este calor residual". 

Además de CO2, la planta de Climeworks también extrae agua del aire ambiente, que se utiliza para la producción de hidrógeno en el dispositivo de electrólisis. Esto significa que tales plantas también son concebibles en regiones sin suministro de agua, por ejemplo, en los desiertos.

Además de los nuevos conocimientos sobre los aspectos técnicos y energéticos, los conocimientos sobre la eficiencia económica del metano sintético son uno de los principales objetivos del proyecto. "Para garantizar esta perspectiva holística, el consorcio del proyecto está formado por socios que cubren toda la cadena de valor, desde investigadores de Empa hasta proveedores de energía, operadores de estaciones de servicio y flotas y socios industriales en los sectores de tecnología y plantas", dice Brigitte Buchmann, miembro del Consejo de Administración de Empa y responsable estratégico de "mover". El proyecto cuenta con el apoyo del Cantón de Zúrich, la Junta de ETH, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Suiza, Glattwerk, Armasuisse y Swisspower.

Actualmente, el equipo de Christian Bach se concentra en la investigación de la adsorción de agua en materiales porosos y el control del proceso de la reacción catalítica. La construcción de la planta está prevista para mediados de 2021. "Aproximadamente un año después, queremos repostar el primer vehículo", dice Buchmann, "con metano de la energía solar".

¿Combustibles sintéticos del desierto?

Al convertir nuestro sistema de energía en fuentes renovables, existe un gran desafío: las fuentes renovables como el sol o el viento no siempre están disponibles en todas partes. En invierno tenemos muy poca energía renovable, en verano hay demasiada, en el hemisferio norte. En el hemisferio sur es al revés. Pero también hay áreas con luz solar casi continua, el llamado cinturón solar, en el que se encuentran los grandes desiertos de la Tierra. 

"Desde una perspectiva global, no tenemos muy poca energía renovable en todo el mundo, sino" simplemente "un problema de transporte de energía", dice Christian Bach. Los portadores de energía sintética podrían ayudar a resolver este problema.

Las plantas más pequeñas de Suiza pueden hacer una contribución valiosa al  nacional aprovechando el excedente de electricidad de verano y conectando diferentes sectores energéticos. Sin embargo, las grandes plantas podrían explotar todo su potencial sobre todo en el cinturón solar de la Tierra. 

Esto se ilustra con un cálculo simple: para cubrir las necesidades energéticas de Suiza durante el invierno no cubiertas por energía hidroeléctrica, así como todo el tráfico nacional de larga distancia exclusivamente con fuentes de  sintética (importadas) , se necesitaría una planta de energía solar en un desierto con un área de aproximadamente 700 km 2 ; es decir 27 x 27 km o, en otras palabras, el 0,008% del área del Sahara. 

El agua y el COnecesarios para la producción podrían extraerse localmente de la atmósfera. "Los mecanismos comerciales, las infraestructuras de transporte, las normas y la experiencia existentes podrían simplemente utilizarse más", dice Bach. Entonces, ¿podría la planta en "movimiento" ser pronto un modelo para una planta de gigavatios en el desierto?

Más información: Significance of Synthetic Methane for Energy Storage and CO2 Reduction in the Mobility Sector; 21. Internationales Stuttgarter Symposium. Proceedings. Springer Vieweg, Wiesbaden (2021). doi.org/10.1007/978-3-658-33521-2_6


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