Científicos del MIT desarrollan un sistema termosolar para producir hidrógeno

Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo sistema de energía solar térmica de concentración para producir hidrógeno ecológico. El sistema, que actualmente se encuentra en fase conceptual, pretende utilizar hasta el 40% del calor solar para la generación de combustible ecológico, lo que supone una mejora significativa respecto a los sistemas anteriores, que sólo alcanzaban una tasa de utilización del 7%.

“El aumento de la eficiencia podría reducir el costo total del sistema, haciendo del hidrógeno solar termoquímico (STCH) una opción potencialmente escalable y asequible para ayudar a descarbonizar la industria del transporte”, afirman los científicos. “Es un gran paso hacia la fabricación de combustibles solares”.

Al igual que otros diseños de STCH, el sistema conceptual puede construirse en torno a una central ESTC ya existente, absorbiendo el calor del receptor y dirigiéndolo para dividir el agua y producir hidrógeno. Sin embargo, en el corazón del nuevo sistema hay una novedosa reacción termoquímica en dos pasos.

“En el primer paso, el agua en forma de vapor se expone a un metal. Esto hace que el metal capte el oxígeno del vapor, dejando atrás el hidrógeno”, explican los científicos. “Una vez separado el hidrógeno, el metal oxidado (u oxidado) se recalienta en el vacío, lo que actúa para invertir el proceso de oxidación y regenerar el metal. Una vez eliminado el oxígeno, el metal puede enfriarse y exponerse de nuevo al vapor para producir más hidrógeno. Este proceso puede repetirse cientos de veces”.

La eficacia de este proceso está relacionada con su diseño en forma de tren, con reactores en forma de caja que circulan por una vía circular. Cada reactor del tren albergaría el metal pasando repetidamente por diferentes estaciones termoquímicas.

“Cada reactor pasaría primero por una estación caliente, donde se expondría al calor del sol a temperaturas de hasta 1.500 ºC. Este calor extremo arrancaría eficazmente el oxígeno del metal del reactor”, explica el grupo. “Ese metal quedaría entonces en un estado ‘reducido’, listo para captar el oxígeno del vapor. Para ello, el reactor se trasladaría a una estación más fría a temperaturas en torno a los 1.000 ºC, donde se expondría al vapor para producir hidrógeno”.

Otra mejora del sistema es su capacidad para recuperar la mayor parte del calor utilizado en el proceso. Para ello, permite que los reactores situados en lados opuestos de la vía circular en forma de tren intercambien calor mediante radiación térmica. Además, un segundo grupo de reactores circula alrededor del primer tren, moviéndose en sentido contrario y funcionando a temperaturas más bajas. Esto permite evacuar el oxígeno del tren interior, más caliente, sin necesidad de bombas mecánicas que consumen mucha energía.

“Cuando esté totalmente implantado, este sistema se alojaría en un pequeño edificio en medio de un campo solar”, explica el investigador Aniket Patankar. “Dentro del edificio podría haber uno o varios trenes con unos 50 reactores cada uno. Y creemos que podría ser un sistema modular, en el que se podrían añadir reactores a una cinta transportadora, para ampliar la producción de hidrógeno”.

El equipo de investigación dijo que construirá un prototipo del sistema el año que viene.

“Pensamos en el hidrógeno como el combustible del futuro, y es necesario generarlo de forma barata y a gran escala”, afirma Ahmed Ghoniem, autor principal del estudio.