Universidad Técnica Federico Santa María

Reactor solar termoquímico busca producir hidrógeno renovable a partir de combustibles sólidos

9 - enero - 2023

Estudio desarrollado por Nicolás Ripoll, estudiante de doctorado y asistente científico de la USM, busca potenciar en la industria el uso de la energía del sol y aportar al entorno valorando pasivos ambientales como los residuos municipales.

Nicolás Ripoll, estudiante de doctorado y asistente científico del Departamento de Ingeniería Mecánica de la USM.

Utilizar la energía solar concentrada con el fin de descomponer térmicamente combustibles sólidos carbonosos como la biomasa, el carbón, plástico, neumáticos e incluso los residuos sólidos municipales y, a partir de ellos, generar hidrógeno renovable, además de otros tipos de combustibles como gasolina y diésel, es el propósito de la investigación que se encuentra realizando Nicolás Ripoll, estudiante de doctorado y asistente científico del Departamento de Ingeniería Mecánica (DIMEC) de la Universidad Técnica Federico Santa María.

El investigador desarrolló para estos fines un Banco de Prueba Solar en el que emplazó un Reactor solar termoquímico, cuya innovación es “mejorar la transferencia de calor al interior del reactor para operar a altas temperaturas -más de 1.000 grados Celsius- porque, a diferencia de los gases y líquidos, es más desafiante calentar de manera homogénea e instantánea partículas sólidas, y esto impacta finalmente en la composición de los productos obtenidos del proceso de gasificación”, explica Ripoll.

Con este trabajo también busca potenciar la industria termoquímica solar de alta temperatura, que en la actualidad no se encuentra desarrollada en el país. De hecho, el Banco de Prueba Solar, ubicado en el Laboratorio de Energía Renovables de la Sede Viña del Mar de la USM, es pionero en Chile en el uso de concentración solar de potencia, al igual que a nivel internacional es precursor en el diseño de un innovador reactor.

En este sentido, Nicolás Ripoll enfatiza que “Chile tiene potencial y una gran oportunidad de desarrollar la industria termoquímica solar, sobre todo en las zonas norte y centro del país donde contamos con una excelente irradiación”.

El proyecto, que se enmarca en la investigación doctoral del asistente científico, cuenta con la tutela del académico del Departamento de Ingeniería Mecánica, Dr.  Mario Toledo, y se ejecutó con el apoyo de estudiantes de pregrado y postgrado de la Universidad, como también de apoyos académicos del DIMEC.

En materia de fondos, cuenta con el aporte del Fondap, a través del Centro de Investigación en Energía Solar (Solar Energy Research Center, SERC Chile), con el cual adquirieron equipos y materiales para la fabricación del Banco de Pruebas. No obstante “más del 70% han sido recursos propios de la institución, tales como instrumentación, fungibles, entre otros, además de donaciones de la industria solar y del carbón”, señala Ripoll.

Banco de Prueba

El innovador Banco de Prueba Solar está compuesto por un heliostato, dispositivo formado por un espejo acoplado a un sistema de seguimiento solar encargado de reflejar la radiación a un objetivo fijo. Esta se redirige hacia un concentrador parabólico que entrega la energía solar concentrada al reactor, para – finalmente – efectuar la gasificación de combustibles sólidos.

Actualmente la investigación ya cuenta con modelos matemáticos, simulaciones computacionales y pruebas experimentales térmicas con el reactor solar, “el desafío es incrementar la transferencia de calor hacia el combustible sólido, y así maximizar la eficiencia de almacenar energía solar en moléculas de gas de síntesis, que podrá ser utilizado de manera sostenible como combustible o materia prima”, explica Ripoll.

En tanto, este año se comienza el proceso de patentamiento de la innovación y están buscando nuevas líneas de financiamiento para poder escalar a la industria.

Beneficios

Dentro de los beneficios que traería este proyecto, destacan que “a diferencia de la gasificación convencional que utiliza el mismo combustible para obtener el calor del proceso, al usar energía solar para gasificar combustibles carbonosos se puede maximizar su utilización, pues todo el combustible se gasifica. Adicionalmente, el gas de síntesis obtenido no se ve contaminado por los gases y partículas producto de la combustión, y finalmente se logra almacenar la energía solar en energía química, siendo posible aumentar la cantidad de energía original del combustible gasificado”, detalla Ripoll.

Asimismo, agrega que “es una forma alternativa de integrar energía solar a procesos industriales, siendo más directo que el generar la electricidad, donde los componentes principales del gas de síntesis (H2 y CO, principalmente) son una materia prima elemental con amplio uso en la industria química”.

De la misma forma, dependiendo del combustible que se gasifique se obtiene el preciado hidrógeno renovable, una real alternativa de energía limpia. Por otro lado, a gran escala, se puede utilizar para trabajar con los residuos municipales, que son pasivos ambientales que causan un profundo daño al ecosistema, valorizando así toda la materia prima nacional y convirtiéndola en un elemento amigable con el medio ambiente.

 

 

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