COMBUSTIBLES SOLARES Y PROCESOS INDUSTRIALES A ALTA TEMPERATURA

Hydrosol-3D: Solar Hydrogen via Water Splitting in Advanced Monolithic Reactors for Future Solar Power Plants

Participantes: APTL (Grecia), DLR (Alemania), CIEMAT (España), Total (Francia), HYGEAR (Netherland).

Contacto: Christos Agrafiotis; chrisagr@cperi.certh.gr

Contacto PSA : Alfonso Vidal; alfonso.vidal@ciemat.es

Financiación: Proyecto de cooperación financiado por Joint Technological Initiative. 2008 Call. Presupuesto total: 2.100 k€. Presupuesto CIEMAT: 175 k€.

Duración: 1 de Enero de 2010 – 30 Diciembre de 2012

Motivación: La producción de hidrógeno solar por vía termoquímica se enfrenta al gran reto de conseguir la escalación de tecnologías de concentración solar y reactores capaces de operar para potencias de varios MW. Actualmente existen desarrollos, muchos de ellos probados conjuntamente por DLR y CIEMAT en las instalaciones de la PSA, que permiten operar con receptores volumétricos a temperaturas por encima de 1.000ºC. La motivación del proyecto Hydrosol es aprovechar la experiencia acumulada en el desarrollo de materiales y sistemas con matrices catalíticas utilizando SiC con canales monolíticos que fueron validados con éxito durante el proyecto SOLAIR. La impregnación de estas matrices cerámicas con ferritas mixtas permitiría utilizar el concepto de receptor/reactor volumétrico para su uso en la producción de hidrógeno. La posibilidad de utilizar este reactor monolítico con la ferrita fijada a un substrato facilita en gran medida la separación del oxigeno y el hidrógeno al realizarse en etapas alternantes de carga y descarga.

Objetivos: El objetivo principal del proyecto HYDROSOL-3D es el estudio detallado de una planta solar termoquímica de 1 MW de potencia que produzca H2 por disociación de agua. La idea principal proviene de la tecnología desarrollada y los logros alcanzados por sus proyectos predecesores HYDROSOL I e HYDROSOL II que han introducido el concepto de reactores solares monolíticos multi-canal en forma de panel de abeja para la generación de hidrógeno a partir de la rotura de la molécula de agua. El proyecto HYDROSOL 3D aprovechara toda la experiencia anterior, centrándose en el diseño de una planta comercial e incluiría todas las actividades necesarias para la construcción de una planta de demostración de 1 MW, basada en esta tecnología.

Aprovechando el impulso realizado por los anteriores proyectos HYDROSOL I y II, el proyecto HYDROSOL-3D se centra en la futura comercialización de esta tecnología y engloba todas las actividades necesarias para preparar la construcción de una planta solar de demostración de 1 MW, basada en la tecnología-HYDROSOL. A este respecto HYDROSOL-3D recogerá un pre-diseño de toda la planta incluyendo el reactor de hidrógeno solar y todas las unidades upstream y downstream necesarias para introducir los reactivos y separar los productos, así como el coste de de construcción de la planta y los costes de mantenimiento.

Este diseño se iniciará con el ajuste de la composición de los materiales y las configuraciones de reactores avanzados realizados en los Proyectos HYDROSOL e HYDROSOL-II, a fin de garantizar la durabilidad necesaria y los rendimientos aceptables desde el punto de vista comercial.

Los reactores diseñados y las estrategias de control serán validados por experimentos que abarcarán desde el laboratorio a pequeña escala a reactores piloto integrados en las instalaciones de la torre solar, con el fin de verificar plenamente su transferibilidad a una operación a gran escala. En paralelo, el diseño de una software de de control con sus algoritmos y controladores necesarios para el funcionamiento automatizado de dicha planta, se desarrollarán e integrarán en un software de simulación de procesos.

Se analizarán dos escenarios alternativos: Adaptando la planta de producción de hidrógeno a un campo solar de torre existente o desarrollando "desde cero" uno nuevo, optimizando completamente la producción de hidrógeno a la planta solar. Se seleccionará la opción más prometedora y a continuación, será analizada en detalle, desarrollando la distribución de la planta, la definición y dimensionado en detalle de todos los componentes, así como el sistema de control y la simulación del funcionamiento de la planta completa.

Por último, se realizará un estudio técnico-económico y un análisis de mercado que determinará la viabilidad del escalado del proceso a escala de MW, mediante el cálculo de los costes necesarios para construir una planta de demostración de 1 MW y los costes respectivos de producción de hidrógeno y abastecimiento. Así mismo, se elaborarán escenarios realistas para la penetración en el mercado de la tecnología y las posibles sinergias con otras tecnologías que complementen el proyecto, con el objetivo de demostrar que la combinación de las tecnología de torre central es una forma viable para producir grandes cantidades de hidrógeno a través de la disociación del agua a un coste razonable, sin ningún tipo de emisiones de efecto invernadero, facilitando el camino para un futuro sostenible de una economía de hidrógeno puramente renovable.