En el marco del proyecto MAfoS, los investigadores del Centro Fraunhofer de diseño de materiales de alta temperatura (HTL) del Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Silicatos (ISC) en Alemania están desarrollando materiales para el primer sistema industrial de conversión de energía solar a combustible. Junto con sus socios, los expertos de Fraunhofer ISC están trabajando en un concepto holístico para la reducción de CO2 y el almacenamiento de energías renovables en combustibles artificiales como parte del programa de financiación europeo Eurostars 3.
Los expertos de Fraunhofer ISC están contribuyendo con sus conocimientos en el proyecto ‘Material Advancements for Solar Fuels Technology’ (MAfoS), desarrollando materiales pioneros para la primera planta industrial de conversión de energía solar a combustible. La planta piloto está siendo puesta en marcha por el socio del proyecto Synhelion en la torre solar del Centro Aeroespacial Alemán DLR en Jülich.
La instalación incluye una gran zona con espejos que concentran la luz solar. Esta se convierte en calor en una torre, que se conduce a través de una tubería a la cámara del reactor. Allí las materias primas calentadas de esta manera reaccionan entre sí y forman el combustible deseado. En la actualidad, los expertos se centran en el queroseno como combustible.
Para iniciar el proceso y utilizar la torre para la producción de combustible, se requieren materiales especiales para los componentes individuales. Las altas temperaturas, en combinación con el vapor de agua, suponen un reto: en la ventana de entrada de los rayos solares se alcanzan temperaturas de hasta 800ºC. En los siguientes pasos del proceso, la temperatura se eleva hasta los 1500ºC. Para estas condiciones, la elección de los materiales es especialmente exigente y las soluciones de diseño son complejas.
Desarrollo de materiales resistentes a altas temperaturas
Gracias a la experiencia de Fraunhofer HTL en materiales para la construcción ligera y de alta temperatura, ya han desarrollado el recubrimiento de la ventana de entrada de rayos solares. Los investigadores señalan que el gran desafío fue el bajo coeficiente de expansión térmica. Sin embargo, lograron identificar un material que no solo es particularmente estable al calor, sino también al vapor de agua. Protege el material subyacente y es lo suficientemente transparente como para permitir el paso de suficiente luz solar en todo momento.
El material debe adaptarse al coeficiente de dilatación térmica del cristal para que no se desprenda con los cambios de temperatura en las diferentes etapas del proceso y ser impermeable al mismo tiempo.
Además, los expertos de Fraunhofer ISC están desarrollando estructuras de soporte hechas de cerámica reforzada con fibra para tuberías. Las cerámicas compuestas de fibra son más tolerantes a los daños que las cerámicas monolíticas, pero las fibras disponibles en el mercado solo toleran un máximo de 1200ºC. Los científicos de Fraunhofer HTL se han fijado el objetivo de lograr una mayor estabilidad de temperatura y aumentar la temperatura de aplicación de las fibras de refuerzo a 1500ºC.
En el siguiente paso, los científicos buscan recubrir la ventana de entrada con un componente de mayor tamaño para que pueda probarse en la planta piloto de Synhelion. Junto con otro socio del proyecto, los expertos de Fraunhofer ya han fabricado con éxito tuberías de cerámica reforzada con fibra.
La planta industrial de conversión de energía solar a combustible de Synhelion en Alemania está programada para entrar en funcionamiento durante este año.