Proyecto "move" de Empa: De las energías renovables a los combustibles sintéticos

¿Cómo empaquetamos la energía solar en un depósito?

El demostrador de movilidad "move", iniciado por Empa y desarrollado con otros socios, aborda el tema del futuro de la movilidad, que incluye las tecnologías "power-to-X", en particular la producción de metano sintético.

Producidos de forma sostenible, los combustibles sintéticos contribuyen a que la movilidad se oriente hacia las energías renovables para cumplir los objetivos climáticos del transporte por carretera, según el "motor de innovación" suizo Empa. Los combustibles sintéticos son aptos para el transporte pesado y de larga distancia. Junto con la movilidad eléctrica y la del hidrógeno, estos combustibles, conocidos como "synfuel" o "syngas", son una de las tres posibles vías tecnológicas para reducir las emisiones de CO2 en el demostrador de movilidad "move". El último proyecto en este sentido gira en torno a la producción de metano sintético a partir de hidrógeno y CO2.

Según Empa, estos combustibles "pueden transportarse por rutas convencionales y estar disponibles a través de la infraestructura existente, lo que es interesante para Suiza, así como a nivel mundial, porque abre un enorme potencial para las energías renovables". Se espera que el demostrador de movilidad produzca 3,6 kg de metano por hora. En comparación, el tamaño del depósito de un vehículo de pasajeros que funciona con gas natural (GNC) suele ser de 80 litros, lo que equivale a 13,5 kg de GNC, o ~20 litros de gasolina. Dependiendo del tipo de vehículo, esto equivale a una autonomía de 50 a 200 kilómetros. En funcionamiento las 24 horas del día, el demostrador de movilidad produciría combustible para aproximadamente 2000 km. En la producción de metano sintético, el sensor de punto de rocío “Optidew de PST” desempeña un papel importante.

Metanización convencional

En el proceso convencional, el metano (CH4) y el agua (H2O) se producen a partir de dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) mediante conversión catalítica. Sin embargo, para lograr una pureza suficiente, este proceso requiere varias etapas de metanización sucesivas, con zonas de condensación intermedias y secado del producto. El producto gaseoso de la reacción de metanación contiene principalmente agua y gases sin reaccionar, lo que, de acuerdo con la normativa pertinente, impide su vertido directo a la red de gas; primero hay que purificar el producto.

Metanización innovadora "mejorada por sorción

En cambio, la innovadora metanización en "movimiento" puede funcionar incluso en una sola etapa y alcanza las condiciones de alimentación sin necesidad de purificar más el gas de producto. La idea subyacente: el agua de reacción se adsorbe durante el proceso de metanización en un soporte catalizador poroso, concretamente una zeolita, es decir, se elimina del proceso de reacción. Esta eliminación continua del agua desplaza el equilibrio de la reacción hacia un rendimiento de metano de casi el 100%. Según Empa, el producto gaseoso puede, por tanto, introducirse directamente en la red de gas sin purificación adicional y utilizarse, por ejemplo, como combustible de vehículos propulsados por gas.

Metano procedente de la energía solar

El CO2 para la metanización, así como el agua para la producción de hidrógeno, se extrae de la atmósfera directamente in situ utilizando un colector de CO2 de la empresa derivada de la ETH Climeworks. El sistema aspira aire ambiente, dejando las moléculas de CO2 adheridas al material filtrante. A continuación, las moléculas de CO2 se desprenden del filtro mediante calor (a unos 100 °C). Además del CO2, el sistema Climeworks también extrae agua del aire, que puede utilizarse a través de una línea de condensado para la producción de hidrógeno en el sistema de electrólisis. Esto significa que este tipo de plantas también son concebibles para regiones sin suministro de agua.

Optimización del sistema con Optidew 401

En este proceso de metanización, el punto de rocío se determina en diferentes puntos utilizando el "Optidew 401" de Rotronic, según Florian Kiefer, del Grupo de Tecnologías Energéticas para Vehículos de Empa. "También tenemos previsto utilizar sensores de punto de rocío y CO2 más robustos para el control y la regulación de la planta de metanización en nuestro proyecto "move-MEGA"". Florian Kiefer explica que el espejo refrigerado se está utilizando actualmente en las pruebas preliminares debido a su flexibilidad y precisión. En la planta, éste puede y debe ser sustituido por un sensor industrial (como el Michell Easidew I.S.). En principio, también existe la posibilidad de utilizar otros sensores en la planta, como sensores de CO2 para el control de la planta o un cromatógrafo de gases para controlar la calidad del pienso. Hasta ahora, "Optidew401" se ha utilizado para el espejo refrigerado como sustituto de un dispositivo defectuoso. Florian Kiefer destaca lo sencillo que fue adquirir el dispositivo inicialmente como unidad de préstamo para salvar el tiempo de entrega.

En los próximos años, Florian Kiefer considera que el desarrollo de soluciones en el campo de la conversión de energía en gas o líquidos junto con socios industriales es un objetivo importante del grupo de investigación. Además, el grupo ya está involucrado en el desarrollo de tecnologías para la realización de emisiones negativas, siempre con un "enfoque en las aplicaciones industriales, la escalabilidad y el funcionamiento flexible en conjunción con las energías renovables."

Productos PST relacionados con el proyecto

Posible uso futuro

Acerca de la EMPA

Como instituto de investigación interdisciplinar en ciencia y tecnología de materiales de la ETH Domain, Empa se considera un puente entre la investigación y la aplicación práctica. Los investigadores desarrollan soluciones innovadoras para los retos prioritarios de la industria y la sociedad en los ámbitos de los materiales y superficies nanoestructurados e "inteligentes", la energía, las tecnologías de la construcción y el medio ambiente, la eficiencia de los recursos, así como las tecnologías médicas y la medicina personalizada. Mediante una transferencia de tecnología lo más eficiente y directa posible, su objetivo es transformar los resultados de la investigación de los laboratorios de Empa en innovaciones comercializables junto con socios industriales. De este modo, Empa contribuye de forma significativa a seguir impulsando la fuerza innovadora y las capacidades de la economía suiza en un entorno global cada vez más competitivo.

Acerca del Dr. Ing. Florian Kiefer

Florian Kiefer es licenciado en ingeniería mecánica con especialización en energía y tecnología de procesos por la Universidad Técnica de Múnich y doctor por la Cátedra de Termodinámica. En la actualidad es responsable de la industrialización de un sistema de conversión de energía en gas en el marco del proyecto de demostración de movilidad futura "move" de Empa. Adquirió experiencia en ingeniería energética y de procesos en Fraunhofer ISE y Fichtner Consulting, así como en diversos proyectos de ingeniería en TU Munich y Empa. Entre ellos figuran la tecnología de centrales térmicas, energías renovables, tratamiento de aguas y sistemas de reactores catalíticos.