En teoría, es posible crear combustible para aviones a partir de nada más que agua, CO2 y energía del sol, pero hacerlo fuera del laboratorio ha resultado ser un desafío. Ahora, los investigadores han creado el primer sistema completamente integrado capaz de hacerlo a escala en el campo.
La aviación representa alrededor del cinco por ciento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, y se ha demostrado que es obstinadamente difícil de descarbonizar. Mientras que otros sectores han confiado en la electrificación para cambiar de combustibles fósiles a fuentes de energía renovable, las estrictas restricciones de peso de la aviación hacen que depender de la energía de la batería sea inviable en cualquier momento en el futuro cercano.
Existe un consenso cada vez mayor de que cualquier ruta realista para descarbonizar la aviación a mediados de este siglo requerirá el uso de combustibles "directos" sostenibles, que se refiere a combustibles que funcionan con motores a reacción e infraestructura de abastecimiento de combustible existentes. La lógica es que cualquier fuente de energía alternativa como baterías, líquido hidrógeno, o el amoníaco líquido requerirán niveles poco realistas de inversión en nuevas aeronaves y sistemas de almacenamiento y distribución de combustible.
Los investigadores están investigando una amplia variedad de enfoques para fabricar combustibles de aviación sostenibles. El más común hoy en día consiste en crear queroseno haciendo reaccionar aceites animales o vegetales con hidrógeno. El enfoque está bien establecido, pero existen fuentes renovables limitadas de estas materias primas y existe competencia del biodiesel del sector automotriz.
Un enfoque emergente consiste en crear combustible mediante la combinación directa de energía verde hidrógeno con monóxido de carbono derivado del CO2 capturado. Esto es mucho más desafiante porque todos los pasos involucrados (electrolizar agua para crear hidrógeno verde, capturar CO2 del aire o de fuentes industriales, reducir CO2 a CO y combinarlos para crear queroseno) usan mucho energía.
La ventaja es que las materias primas son abundantes, por lo que encontrar una manera de reducir los requisitos de energía podría abrir la puerta a una nueva fuente abundante de combustibles sostenibles. Una nueva planta que utilice una serie de espejos para dirigir la luz solar hacia un reactor solar en la parte superior de una torre podría ser un enfoque prometedor.
"Somos los primeros en demostrar toda la cadena de procesos termoquímicos desde el agua y el CO2 hasta el queroseno en un sistema de torre solar totalmente integrado", Aldo Steinfeld de ETH Zurich, quien dirigió la investigación. dijo en un comunicado de prensa. “Esta planta de combustible de torre solar se operó con una configuración relevante para la implementación industrial, lo que marcó un hito tecnológico hacia la producción de combustibles de aviación sostenibles”.
La instalación, descrita en un papel en Joule, cuenta con 169 paneles reflectantes de seguimiento solar que redirigen y concentran la luz solar en el reactor solar ubicado en lo alto de una torre de 49 pies de altura. El agua y el CO2 se bombean al reactor solar, que contiene una estructura porosa hecha de ceria, un óxido del cerio, un metal de tierras raras.
La ceria ayuda a impulsar una reacción redox que elimina el oxígeno del agua y el CO2 para crear una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno conocida como gas de síntesis. La ceria no se consume en este proceso y se puede reutilizar, mientras que el exceso de oxígeno simplemente se libera a la atmósfera. El gas de síntesis se bombea por la torre hasta un convertidor de gas a líquido, donde se procesa en combustible líquido que contiene un 16 por ciento de queroseno y un 40 por ciento de diésel.
Al utilizar el calor del sol para impulsar todo el proceso, la configuración proporciona una forma de evitar las considerables demandas de electricidad de los enfoques más convencionales. Sin embargo, los investigadores señalan que la eficiencia de su sistema sigue siendo relativamente baja. Solo el cuatro por ciento de la energía solar capturada se convirtió en energía química en el gas de síntesis, aunque ven una ruta para aumentar eso por encima del 15 por ciento.
Los niveles generales de producción también están muy lejos de lo que se necesitaría para hacer mella en las demandas de combustible de la industria de la aviación. A pesar de que la instalación ocupaba un espacio equivalente a un pequeño aparcamiento, solo pudo producir poco más de 5,000 litros de gas de síntesis en 9 días. Teniendo en cuenta que solo el 16 por ciento de eso se convirtió en queroseno, la tecnología tendrá que ampliarse considerablemente.
Pero esta es la demostración a mayor escala del uso de la luz solar para crear combustibles sostenibles hasta la fecha y, como señalan los investigadores, la configuración es industrialmente realista. Con más ajustes y mucha inversión, esto podría algún día ofrecer una forma prometedora de garantizar que nuestros vuelos sean menos una carga para el medio ambiente.
Crédito de la imagen: ETH Zúrich
