La conversión de agua y el CO2 en combustible

Los investigadores están tratando de reproducir el proceso natural de la fotosíntesis. Si tienen éxito, podremos utilizar -de buena manera- el dióxido de carbono “malo” emitido por centrales eléctricas y unidades industriales. De esta forma, las fábricas no tendrían que establecer las unidades de una nueva filial para el tratamiento de dióxido de carbono.

Investigadores de Sandia National Laboratories han desarrollado un prototipo de máquina que utiliza la energía del sol para convertir agua y dióxido de carbono en los bloques moleculares que pueden ser usados como combustibles para el transporte. Si los investigadores pueden hacer que este dispositivo produzca el doble de la energía generada por el proceso natural de la fotosíntesis, harán un gran servicio al medio ambiente. Se abrirá el camino para reciclar el CO2.

Hasta ahora, los dispositivos para imitar el proceso de fotosíntesis, no tuvieron un gran éxito. Pero una máquina artesanal demostrativa fue probada con éxito este otoño. Rich Diver, el investigador que inventó el dispositivo, afirmó: “Este es el primer prototipo que estamos evaluando”.

James Miller, quien es ingeniero químico en el laboratorio de materiales avanzados de Sandia, dice: “En el corto plazo vemos esto como una alternativa a la retención”. Miller opina que debemos pensar más allá del bombeo subterráneo para el almacenamiento permanente de CO2, y que hay que utilizar la abundante energía solar para la “combustión inversa” que ayudará en la conversión de dióxido de carbono en combustible. Miller explica: “Es una utilización productiva de CO2 que puede capturarse de una planta de carbón, una fábrica de cerveza, y similares fuentes concentradas”.

La máquina se asemeja a un cilindro y fue bautizada como Counter-Rotating Ring Receiver Reactor-Recuperador (CR5). Depende de la energía solar concentrada para activar una reacción termoquímica en un material compuesto de hierro enriquecido. El material está diseñado de tal manera que cuando se expone al calor extremo, renuncia a una molécula de oxígeno y luego recupera una molécula de oxígeno, una vez que se enfría.

La máquina dispone de dos cámaras, una en cada lado. Por un lado es caliente, y por el otro frío. En el centro hay un conjunto de 14 anillos que giran a una revolución por minuto. El borde exterior de cada anillo lleva un compuesto de óxido de hierro con el apoyo de una matriz de circonio. Los científicos también instalaron un concentrador solar para calentar el interior de una cámara a 1.500 º C. Esto provoca el abandono de las moléculas de oxígeno por el óxido de hierro en un lado del anillo. Ahora el lado afectado del anillo gira a la cámara opuesta. Poco a poco se pierde su calor y el dióxido de carbono es bombeado. Este enfriamiento ayuda al óxido de hierro para volver las moléculas de oxígeno de las emisiones de CO2, dejando atrás el monóxido de carbono. El proceso se repite continuamente mediante un suministro entrante de CO2 y dando un flujo de monóxido de carbono.

Miller es de la opinión de que el hidrógeno puede ser producido utilizando el mismo proceso. La única diferencia será que el agua, en lugar de dióxido de carbono, es bombeada hacia la segunda cámara. Los dos gases a saber, el hidrógeno y monóxido de carbono, pueden ser entonces mezclados para convertirse en gas de síntesis. Este gas de síntesis se puede utilizar para hacer un “drop-in” de reemplazo “de los combustibles tradicionales.

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Diver tenía la economía del hidrógeno en mente cuando diseñó originalmente la máquina. Quería evitar la ineficiencia de la electrólisis y utilizar un motor de calor solar que puede producir el hidrógeno y el oxígeno directamente. Esto reducirá la electricidad como el intermediario. El mismo enfoque está siendo adoptado por los investigadores en Japón, Francia y Alemania. Pero el equipo de Sandia pronto se dio cuenta de la devolución del proceso como lo fue la conversión de CO2 en monóxido de carbono. Ellos están preparando el camino para disminuir los efectos nocivos de los combustibles fósiles que consumen. Su dispositivo limitará el impacto de la quema de carbón y gas natural de la electricidad y otros procesos industriales.

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Diver considera que si quiere que su dispositivo pueda beneficiar al hombre común, tiene que mejorar la eficiencia del sistema. Si el equipo de Sandia puede mostrar una mayor eficiencia, “que podría ser un importante paso adelante”, dijo Vladimir Krstic. Éste es el director del Centro para la fabricación de cerámicas avanzadas y nanomateriales en la Universidad de Queen en Kingston, Ontario.

Los científicos son de la opinión de que la gente tiene que esperar por lo menos 15 a 20 años antes de que la tecnología está disponible para el mercado. Están planeando desarrollar un nuevo prototipo de la generación cada tres años, con el objetivo de mostrar un aumento de la energía solar a la eficiencia de conversión de combustible y una disminución en el costo. Ellos quieren alcanzar el objetivo declarado anteriormente por el desarrollo de nuevos compuestos de cerámica que las moléculas que liberan oxígeno a temperaturas más bajas. Esto le ayudará en la conversión de más energía solar en hidrógeno o monóxido de carbono.

Miller afirma: “Nuestro objetivo a corto plazo es llegar a un pequeño tanto por ciento de eficiencia. Puede parecer un número bajo, pero nos gusta que se compare a la fotosíntesis, que es en realidad una forma muy poco eficiente de usar la luz del sol”. Asimismo, señala el inconveniente de que el proceso de la eficiencia máxima teórica para la fotosíntesis es de alrededor de 5 por ciento, pero en el mundo real tiende a caer a alrededor del 1 por ciento. Él define claramente sus objetivos: “Así que puede ser de partida muy bajo, pero nos gustaría que lo mantenga en el contexto de lo que hemos de superar. En última instancia, creemos que tenemos que entrar en el rango de 10 por ciento de la luz del sol a los combustibles, y estamos muy lejos de hacer eso”.

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