La ruta más rápida para comercializar hidrógeno solar podría ser suministrando hidrógeno, oxígeno y calor a la industria minera del cobre de Australia con termoquímica solar, dijo Christian Sattler a este reportero de SolarPACES recientemente.

Con su experiencia al frente de la investigación de combustibles solares en el centro de investigación solar de Alemania en DLR, Sattler ve una conexión sinérgica entre el procesamiento de ácido sulfúrico utilizado en la minería del cobre con el proceso termoquímico solar basado en azufre para producir hidrógeno ; la tecnología Hybrid-Sulphur (HyS) .

MAGEN @ DLR Reactor solar de división de ácido sulfúrico

En el proceso HyS de dos pasos, los investigadores utilizan calor solar a alta temperatura de hasta 900 ° C para descomponer el ácido sulfúrico (H2SO4) y generar hidrógeno y oxígeno mediante la división del agua. El calor solar proviene de un campo solar de helióstatos (espejos) que dirigen el flujo solar concentrado a un receptor en lo alto de una torre de energía. La descomposición de H2SO4 es parte del primer paso del proceso que produce trióxido de azufre (SO2) y oxígeno.

En el segundo paso, el SO2 junto con el agua pasa a un electrolizador despolarizado de SO2 (SDE) que genera hidrógeno y H2SO4 fresco que se recicla al paso uno. En comparación con la electrólisis de agua convencional, el SDE solo requiere aproximadamente una séptima parte de la energía eléctrica para que el HyS pueda producir aproximadamente un 50% más de hidrógeno con la misma entrada solar.

Grupos de investigación internacionales en Alemania, Australia, Japón y los EE. UU. Han diseñado y probado los componentes necesarios para este proceso basado en azufre a muy alta temperatura: un reactor / evaporador solar, un intercambiador de calor para la descomposición de SO3, un separador de oxígeno para SO2 y O2. . La búsqueda de materiales identificó la construcción de carburo de silicio que puede mantener la estabilidad en las condiciones corrosivas y las temperaturas muy altas necesarias para realizar la termoquímica.

Reactor solar híbrido de azufre (HyS)

Muchas ventajas de la termoquímica solar basada en azufre

El azufre se puede almacenar de forma económica durante mucho tiempo solo en una pila al aire libre; como un montón de carbón. A diferencia de todas las demás tecnologías de almacenamiento de calor, su energía almacenada se puede recuperar a una temperatura realmente más alta que la de la entrada de calor original y recuperarse a una temperatura constante.

Un proceso termoquímico basado en azufre tiene una capacidad de almacenamiento más de un orden de magnitud mayor que las sales fundidas actuales, lo que reduciría el costo de una operación confiable las 24 horas del día incluso más que el costo de almacenamiento actual de la CSP, que es aproximadamente una décima parte del de las baterías. . El almacenamiento de energía es necesario en la producción de combustibles solares. Como muchos procesos industriales, la división del hidrógeno necesita un suministro constante de calor las veinticuatro horas del día. Todos los procesos termoquímicos solares incluyen alguna forma de garantizar este suministro constante mediante la hibridación del reactor solar o mediante la inclusión de un medio de almacenamiento de energía térmica como las sales fundidas comercialmente probadas.

“Si desea emplear cualquier tipo de energía renovable, necesita tener suficiente almacenamiento detrás que le permita operar un suministro las 24 horas del día, los 7 días de la semana”, agregó Mehdi Jafarian, quien contribuye a la investigación de HyS en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Australia. Adelaide.

“Por eso pensamos que el proceso HyS tiene potencial para integrarse en el procesamiento del cobre, mientras que si, por ejemplo, utiliza energía solar fotovoltaica, el costo del almacenamiento de la batería aumentaría significativamente el costo neto para descarbonizar esos procesos”, agregó.

¿Cómo se usa el ácido sulfúrico en las minas de cobre?

Las reacciones del ácido sulfúrico se utilizan para refinar el cobre a partir del mineral, y tanto el hidrógeno como el oxígeno se pueden generar en el reactor solar a partir del ácido sulfúrico, que son necesarios en el proceso de refinación del cobre.

“Hay procesos mineros como el tostado del mineral de cobre donde se produce dióxido de azufre. Esto se puede utilizar en un ciclo híbrido térmico / eléctrico para producir hidrógeno, oxígeno y ácido sulfúrico ”, explicó Sattler.

“Las minas de cobre necesitan tanto hidrógeno como oxígeno. Primero necesitan el oxígeno para tostar el mineral porque contiene mucho azufre. Con el tostado, transforma el mineral en óxido de cobre y luego necesita hidrógeno para reducir el óxido de cobre a cobre. El mineral de cobre contiene el azufre que se usa para producir el ácido sulfúrico que a su vez se usa para lixiviar las otras impurezas de los minerales “.

Ganar-ganar: hacer hidrógeno solar y oxígeno in situ en la mina de cobre

Actualmente, debido al costo de llevar hidrógeno y oxígeno a las minas y al costo de los combustibles fósiles para generar calor para las reacciones químicas necesarias, las minas de cobre solo producen óxido de cobre en el sitio, y luego tienen que enviar el óxido de cobre a otra empresa. para refinarlo en cobre, por lo que las minas pierden en la producción del valioso producto final del cobre.

“Esta tecnología HyS podrá proporcionar eso en el sitio. Entonces, si puede producir hidrógeno y oxígeno en el mismo sitio donde está la mina de cobre, será independiente de una empresa externa que, de lo contrario, tendrá que producir los gases en otro lugar para refinar el óxido de cobre. Esto aumenta sus costos “. Sattler explicó.

“Hemos diseñado un sistema que podemos integrar el HyS en el procesamiento de cobre”, dijo Jafarian.
“Por lo tanto, estamos trabajando con DLR para la integración de HyS en el procesamiento de cobre para producir hidrógeno y oxígeno in situ para el sector de procesamiento y minería del cobre. Esto nos permite suministrar hidrógeno y oxígeno a los procesadores de cobre durante nueve a diez meses al año. En términos económicos, es incluso comparable con las tecnologías de producción de hidrógeno más modernas que utilizan combustibles fósiles ”.

Una vez que el hidrógeno solar se produce como parte de un servicio industrial para la industria minera del cobre, la escala se establece para su producción en masa como un portador de energía independiente con muchas aplicaciones en sectores difíciles de descarbonizar, como el transporte pesado como el envío de carga.

Jafarian señaló que BHP Group, la compañía minera más grande del mundo con importantes participaciones en Australia, ha entregado en el último mes su plan para el hidrógeno verde . “Si este gigante quiere hidrógeno verde, para mí esa es la ruta más rápida y Australia tiene toda la infraestructura, las capacidades y los recursos para hacerlo”, dijo.

Australia probará esta tecnología termoquímica solar basada en azufre

El ingeniero de investigación solar de la Universidad de Adelaida, Alfonso Chinnici, está de acuerdo en que Australia es donde la investigación de HyS podría comercializarse primero. Una iniciativa privada / pública para descarbonizar la industria pesada ha comenzado allí, a través de un Centro de Investigación Cooperativa (CRC) y la tecnología de HyS está a punto de tener un juicio. Chinnici, que también participa en el programa HiltCRC de Australia, señaló que DLR está a punto de enviar un receptor a Australia para una prueba piloto a pequeña escala en el laboratorio.

“Y luego, con una prueba en el sol, al aire libre con un campo de helióstatos solares, probablemente en 2022. Así que esto no tardará en cinco o diez años”, dijo.

“Creo que DLR tiene un programa bastante acelerado, porque no comienza desde cero; Ha habido muchos conocimientos técnicos generados por el grupo de Christian en DLR. Creo que han estado trabajando durante unos cinco años desarrollando la idea y el receptor. Así que el trasfondo de la tecnología en sí ya está hecho “.

Según Jafarian, continúan las mejoras adicionales para probar en esta tecnología solar avanzada: “También estamos trabajando en otra tecnología para mejorar la forma en que introducimos la energía solar en el sistema. Estamos trabajando en una especie de receptor solar que llamamos receptor de burbujas de cavidad solar. Hicimos una evaluación tecnológica y descubrimos que eso también ofrece potencial para reducir aún más los costos “. él dijo.

IMAGEN @ Mehdi Jafarian University of Adelaide, Australia, del periódico: Un receptor solar con transferencia de calor burbujeante para calentar un gas presurizado

“Las evaluaciones actuales se basan principalmente en las tecnologías desarrolladas en DLR. Pero también estamos trabajando en paralelo en una tecnología que estamos desarrollando y creemos que también tiene un gran potencial para reducir aún más los costos de producción de hidrógeno para la industria del cobre ”.

A nivel mundial, la industria del cobre debe aumentar rápidamente para satisfacer el aumento de la demanda debido al crecimiento de las tecnologías de energía limpia, y hacerlo mientras se cumplen los nuevos objetivos climáticos que requerirán reemplazar la energía fósil. Entonces, con lo que Bloomberg proyecta será un déficit de suministro anual de 4.7 millones de toneladas métricas de cobre para 2030, serán necesarios métodos económicos de refinación de cobre que puedan usar energía limpia para proporcionar calor. Las empresas australianas del cobre se están dando cuenta de esta necesidad.

Como señaló Chinnici: “Lo que estamos aprendiendo al trabajar con la industria minera y minera aquí es que si necesitan algo que se haga, lo harán”.