Combustibles a partir del cerio y la energía solar

Febrero 22, 2011


La búsqueda de combustibles alternos no cesa. Los científicos trabajan desde diversos escenarios, tal como lo están haciendo los investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), que combina el cerio, y el dióxido de carbono con la energía solar.

Con el estudio del comportamietno de una mezcla de óxido de cerio, dióxido de carbono, energía solar y agua,  el equipo de investigación que lidera la ingeniero química Sossina Haile, experta en ciencias de los materiales del Caltech, ha logrado convertir esta combinación en combustibles de amplias aplicaciones.

El cerio es un elemento químico metálico que actúa como agente reductor y en contacto con el aire, a temperaturas superiores a los 65 grados, entra en combustión rápidamente. El  óxido de cerio IV es un agente oxidante que a altas temperaturas reacciona con combustibles orgánicos, y confrecuencia se le usa en los fuegos pirotécnicos.

Pese a “el sol sale para todos”, la energía solar aunque es abundante y no pertenece a ninguna potencia, a diferencia del petróleo o la energía eléctrica, es obvio que no puede llevarse desde los países soleados a los mercados que carecen de ella, pero esta investigación está camino de hacer posible una transformación que podría poner la energía solar al alcance de todos.

El equipo de investigación hizo un prototipo de reactor de aproximadamente medio metro de altura con una ventana de cuarzo, a través de la cual  penetra la luz solar concentrada. La médula del reactor es un cilindro recubierto con óxido de cerio, que a temperturas muy altas libera el oxígeno del óxido de cerio y a temperaturas muy bajas lo absorbe de nuevo.

El proceso permite producir monóxido de carbono (CO) y/o hidrógeno gaseoso (específicamente H2). El H2 puede ser usado para alimentar a células de combustible de hidrógeno. El CO y el H2 se pueden utilizar juntos para crear gas sintético, que es un precursor de combustibles líquidos de hidrocarburos. Si se agregan otros catalizadores a la mezcla de gases, es posible producir metano. Cuando el óxido de cerio está oxigenado a plena capacidad, se le puede calentar de nuevo, y el ciclo puede comenzar otra vez.

En concreto, el oxígeno es despojado del dióxido de carbono (CO2) y / o agua (H2O), las moléculas de gas se bombean al reactor produciendo monóxido de carbono (CO) y / o gas de hidrógeno (H2), éste H2 puede ser utilizado para alimentar las células de combustible de hidrógeno, CO, junto con H2, y se puede utilizar para crear gas sintético, o “gas de síntesis”, que es el precursor de los combustibles de hidrocarburo líquido. Con la incorporación de otros catalizadores a la mezcla de gases se produce metano. Una vez que el cerio se oxigena y se logra su pleno rendimiento, puede calentarse nuevamente, y comenzar de nuevo el ciclo.

Para que todo esto funcione, las temperaturas en el reactor tienen que ser muy altas, alrededor de los 1.649 grados centígrados, lo cual fue logrado por el equipo del Caltech utilizando hornos eléctricos. Pero para una prueba en el mundo real, Sossina Haile indica que “teníamos que usar fotones, así que fuimos a Suiza”. En el simulador del Instituto Paul Scherrer de energía solar, los investigadores y sus colaboradores, dirigido por Aldo Steinfeld del Instituto de Tecnología de Laboratorio Solar, instalaron en el reactor un simulador solar grande capaz de entregar el calor de 1.500 soles.

En experimentos llevados a cabo el pasado año, Haile y sus colegas lograron los mejores indicadores de la disociación de CO2, “por órdenes de magnitud”, dice. La eficiencia del reactor fue extraordinariamente alta para la división de CO2, en parte, dice, “porque estamos utilizando el espectro solar entero, y no sólo longitudes de onda.” Y a diferencia de la electrólisis, la tasa no está limitada por la baja solubilidad del CO2 en el agua. Por otra parte, Haile dice, las elevadas temperaturas de funcionamiento del reactor significa que es posible la catálisis rápida, sin necesidad de agregar catalizadores de metales caros y raros, lo cual le da ventajas al cerio, que de hecho es el más común de los metales de tierras raras-casi tan abundante como el cobre. A corto plazo, Haile y sus colegas planean profundizar en la formulación con cerio para que la temperatura de reacción se puede bajar, y así mejorar la eficiencia del reactor.

Según Haile, el proceso podría ser adoptado en las plantas de energía a gran escala, permitiendo la disponibilidad de la energía solar derivada de forma fiable durante el día y la noche. El CO2 emitido por los vehículos puede ser recogido y se convertido en combustible, “pero que es difícil”, dice ella. Un escenario más realista podría ser la de recoger las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas a carbón y convertirlas en combustibles para el transporte. “De esta manera se estaría utilizando efectivamente dos veces el carbono”, explica Haile. Por otra parte, indica que el reactor podría ser utilizado en un “cero emisiones de CO2″ ciclo: H2O y CO2 se convierte en metano, que produce combustible para las centrales de electricidad que generan más CO2 y H2O, manteniéndose el proceso en marcha.


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El cerio es un elemento químico metálico que actúa como agente reductor y en contacto con el aire, a temperaturas superiores a los 65 grados, entra en combustión rápidamente
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