La mezcla de sales fundidas que se utiliza en las plantas de CSP comerciales actuales para el almacenamiento de energía térmica es líquida a 565 °C y se degrada a temperaturas más altas. Sin embargo, temperaturas más altas aumentarían la eficiencia térmica. Entonces, ¿cómo podemos desarrollar una mezcla de sales fundidas que pueda alcanzar temperaturas de hasta 620°C sin degradación? Y al mismo tiempo, ¿cómo podemos evitar que un líquido de sal fundida de alta temperatura corroa los tanques y las tuberías?
La degradación de sales fundidas a alta temperatura a más de 620 °C obtiene una solución de oxígeno que también resuelve la corrosión del tanque.
Un equipo de 15 investigadores del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) dirigido por Thomas Bauer está siguiendo un enfoque interesante, con financiación del Ministerio Federal Alemán de Asuntos Económicos y Acción Climática (BMWK) en el marco de los proyectos VeNiTe y Limelisa.
Una solución que mata dos pájaros de un tiro
De hecho, una única solución resuelve ambos desafíos, según el investigador de DLR, el Dr. Alexander Bonk, quien dirige un subequipo sobre el tema.
“Sí, los dos van de la mano”, afirmó en una llamada desde Alemania.
“Esta química de alta temperatura que estamos evaluando no solo tiene que ver con la estabilidad térmica de la sal fundida, sino también con la química de los materiales de contención o los materiales de las tuberías que conducen a la corrosión. Y este tema es todavía bastante nuevo incluso para nosotros. Así que comenzamos experimentos de corrosión por encima de los 600°C hace dos años”.
Su grupo está realizando experimentos a escala de banco de laboratorio centrados en la química involucrada. Explicó que la solución no radica tanto en el líquido de sal fundida solo, sino en una relación sinérgica entre la composición de dos elementos. Entre el propio fluido y el espacio aéreo en el sistema contenido.
La química del aire ambiental afecta la química de las sales fundidas
Bonk explicó que las sales fundidas liberan átomos de oxígeno adicionales que se desgasifican en el aire del tanque.
“Así que pasas de tu compuesto de sal fundida inicial, que contiene nitrógeno y tres átomos de oxígeno (ion nitrato), a algo que solo contiene dos (ion nitrito), lo que significa que estás perdiendo oxígeno en este paso de reacción”, dijo.
“Y este oxígeno no va a un lugar aleatorio, se está difundiendo en la fase gaseosa. Si un tanque de sal fundida funciona a 565 °C, se formará entre un 4 % y un 5 % de nitritos en el sistema de sal fundida y se liberará oxígeno al medio ambiente. Siempre que tenga oxígeno presente en la fase gaseosa, su nitrito también reaccionará de regreso al nitrato, lo que significa que formará un equilibrio químico. A una temperatura de operación más alta, el ion nitrito puede descomponerse aún más en iones de óxido corrosivo, acompañado de la formación de otras especies de gases”.
Este equilibrio se mantiene constante a las temperaturas actuales siempre que todos los reactivos se mantengan en el sistema. No obstante, estos gases que se forman en el tanque solo pueden reaccionar de nuevo en el líquido si el tanque es completamente hermético sin exposición al aire ambiente exterior. Sin embargo, en el estado de la técnica, el exceso de gases producidos en la reacción inevitablemente se expulsará al aire ambiente, normalmente mediante un tratamiento catalítico.
Degradación de sales fundidas y corrosión a temperaturas más altas
A las temperaturas comerciales actuales, la pérdida de gases reactivos a la atmósfera es un problema menor. Sin embargo, a temperaturas elevadas por encima de 565°C, la formación potencial de iones corrosivos en la sal fundida requiere una consideración más cuidadosa.
“Lo que significa que si desea llegar a estas altas temperaturas, debe pensar en la gestión del gas en general”, dijo.
“Si sabe que estos gases se forman a altas temperaturas, puede intentar estabilizar la sal fundida reintroduciendo los gases en el sistema. Para nosotros, eso significa, por ejemplo, que si operamos sales fundidas en una fase gaseosa que contiene más oxígeno y otros gases reactivos, la sal fundida se estabilizará. Y esto es algo que aprovechamos en nuestros experimentos a escala técnica y de laboratorio. Desde el punto de vista químico, dependiendo de la temperatura, habrá una concentración óptima de gas reactivo que debe estar presente en el tanque”.
Bonk cree que su equipo está en camino de evitar estos dos problemas; degradación en la mezcla de sales fundidas y corrosión de los tanques a temperaturas más altas. Pero se disculpó por no poder brindar detalles más precisos que los que se encuentran en su documento de la conferencia Almacenamiento de energía térmica usando sal solar a 620 °C: cómo una atmósfera de gas reactivo mitiga la corrosión de los materiales estructurales . Esto se debe a que su equipo tiene un acuerdo confidencial con socios de la industria interesados en estas temperaturas más altas para el almacenamiento de energía térmica.
Objetivo: Desarrollar almacenamiento térmico de sales fundidas para industrias como plantas de carbón y aplicaciones de calor de proceso
Su investigación tiene como objetivo incluir el almacenamiento de energía térmica independiente en la flota de carbón de Alemania. La idea es “flexibilizar” gradualmente las centrales eléctricas de carbón utilizando el excedente de electricidad de la red almacenada térmicamente en el sitio y el calor utilizado por los activos de la central térmica existente en el bloque de energía.
“Intentaría construir la unidad de almacenamiento en la instalación existente y luego reemplazar su carbón aumentando su almacenamiento, para hacer una transición más o menos dinámica del carbón a la energía renovable para que luego pueda usar la energía fotovoltaica y eólica para ejecutar el mismo ciclo de vapor. sin carbón”, explicó.
En lugar de usar el calor de la quema de carbón para hervir el agua y obtener vapor, estas plantas de carbón funcionarían con energía térmica almacenada calentada por la electricidad de la red. La temperatura en la que se centra su investigación es de 620 °C.
“Eso se debe a que aquí en Alemania, algunas de nuestras modernas centrales eléctricas de carbón tienen una temperatura de vapor que no se puede cubrir con la tecnología de sal fundida de última generación de 565 °C”, señaló Bonk.
“Y si desea ejecutar este ciclo de vapor desde un sistema de almacenamiento de sales fundidas, entonces necesita una temperatura ligeramente más alta entre su medio de almacenamiento y el ciclo de vapor. Creemos que existe un objetivo realista de aumentar la temperatura a alrededor de 620 °C con algunos trucos para integrar esta tecnología, por ejemplo, en centrales eléctricas de carbón”.
Este almacenamiento térmico cargado en la red a una temperatura más alta también sería útil para las industrias que ahora queman combustibles fósiles para el calor de proceso a 600 °C o menos. Un ejemplo es el suministro de vapor sobrecalentado para sitios químicos para la generación combinada de calor y energía. Además, las plantas de energía termosolar de concentración existentes pueden beneficiarse del desarrollo para controlar mejor la química de la sal en las plantas de energía y, por lo tanto, aumentar la vida útil.
, solarpaces.org
