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(noticias nanowerk) En los últimos años, los ingenieros de ETH Zurich han desarrollado la tecnología para producir combustibles líquidos a partir de la luz solar y el aire. En 2019 demostraron por primera vez en condiciones reales toda la cadena del proceso termoquímico en el centro de Zúrich, en el tejado del laboratorio de máquinas de la ETH. Estos combustibles solares sintéticos son neutros en CO2 porque solo liberan la misma cantidad de CO2 durante su combustión lo mismo que se tomó del aire para su producción. Dos empresas derivadas de ETH, Climeworks y Synhelion, están desarrollando y comercializando aún más las tecnologías.
El corazón del proceso de producción es un reactor solar, que se expone a la luz solar concentrada a través de un espejo parabólico y alcanza temperaturas de hasta 1.500 grados centígrados. En el interior de este reactor, que contiene una estructura cerámica porosa hecha de óxido de cerio, se produce un ciclo termoquímico para descomponer agua y CO2 previamente capturado desde el aire. El producto es gas de síntesis: una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que puede procesarse posteriormente en combustibles de hidrocarburos líquidos como el queroseno (combustible para aviones) para impulsar la aviación.
Hasta ahora se han utilizado estructuras con porosidad isotrópica, pero tienen el inconveniente de que atenúan exponencialmente la radiación solar incidente en su camino hacia el reactor. Esto conduce a temperaturas internas más bajas, lo que limita el rendimiento de combustible del reactor solar.
Ahora investigadores del grupo de André Studart, profesor de materiales complejos de la ETH, y del grupo de Aldo Steinfeld, profesor de fuentes de energía renovables de la ETH, han desarrollado un novedoso método de impresión 3D que les permite producir estructuras cerámicas porosas con geometrías de poros complejas como respuesta. para que la radiación solar se transporte más eficientemente al interior del reactor.
Los resultados fueron publicados en Interfaces de materiales avanzadas (“División redox de CO2 con energía solar utilizando estructuras de óxido de cerio canalizadas jerárquicamente impresas en 3D”).
Se han demostrado especialmente eficientes los diseños ordenados jerárquicamente con canales y poros abiertos en la superficie expuesta a la luz solar y que se estrechan hacia la parte posterior del reactor. Esta disposición permite absorber la radiación solar concentrada incidente en todo el volumen. Esto, a su vez, garantiza que toda la estructura porosa alcance la temperatura de reacción de 1500°C, aumentando la producción de combustible.
Estas estructuras cerámicas se fabricaron mediante un proceso de impresión 3D basado en extrusión y un nuevo tipo de tinta con propiedades óptimas diseñadas específicamente para este propósito, a saber: baja viscosidad y una alta concentración de partículas de ceria para maximizar la cantidad de material activo redox.
Primera prueba exitosa
Los investigadores estudiaron la compleja interacción entre la transferencia de calor radiante y la reacción termoquímica. Pudieron demostrar que sus nuevas estructuras jerárquicas pueden producir el doble de combustible que las estructuras unitarias cuando se exponen a la misma radiación solar concentrada con una intensidad equivalente a 1.000 soles.
La tecnología para la impresión 3D de estructuras cerámicas ya ha sido patentada; Synhelion ha adquirido la licencia de ETH Zurich. «Esta tecnología tiene el potencial de aumentar la eficiencia energética del reactor solar y mejorar así significativamente la viabilidad económica de los combustibles de aviación sostenibles», afirma Steinfeld.
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