Hala ere, ziklo termokimikoak lehiakorrak izateko erronka zientifikoak eta teknologikoak konpontzeke daude oraindik.

CIC energiGUNEn egindako ikerketaren bidez, hidrogenoa ekoizteko modulu deszentralizatuak garatu nahi dira, adibidez, hondar-beroa bero-iturri duten industria-inguruneetan integratzeko.

Baina has gaitezen oinarrizkotik.

Uraren banaketa termokimikoa: zaharra baina baliotsua?

Uraren termolisia uraren elektrolisia bezalakoa da, baina beroa erabiliz elektrizitatearen ordez.

Denok dakigu uraren formula kimikoa H2O dela, ezta? Bada, printzipioz, nahikoa berotzen badugu, ura hidrogenotan (H2) eta oxigenotan (O2) bana dezakegu. Hala ere, uraren zuzeneko termolisi horrek 2500ºC-tik gorako tenperaturak behar ditu, eta horrek desegokia egiten du bizitza errealaren aplikazioetarako.

Arazo nagusi hori erreakzio kimiko kopuru bat erabiliz konpontzen da, uraren deskonposizioa urrats gehiagotan zatitzeko. Erreaktiboak begizta itxi batean birsortzen dira; erreakzio kimiko globalak, berriz, uraren zuzeneko termolisiarena izaten jarraitzen du. Emaitza ura zatitzeko ziklo termokimikoa (TWSC) deitzen dena da. TWSCei esker, funtzionamendu-tenperatura jaitsi egiten da, eta hidrogenoa eta oxigenoa urrats desberdinetan gertatzen dira; horrek gasak tenperatura altuan bereizteko beharra kentzen du eta istripu-arriskua murrizten du.

Trikimailu hau ez da berria.

TWSCen ideia 1966koa da. Teknologia horrekiko interesa areagotu egin zen 70eko eta 80ko hamarkadetan, petrolioaren krisiaren ondorioz. Garai horretan, TWSC kopuru handi bat proposatu zen, energia nuklearretik hidrogenoa ekoizteko ideia nagusiarekin

Sortu zirenetik, TWSCak uraren elektrolisiaren alternatiba naturaltzat hartu dira H2 eskala handian ekoizteko. TWSCek duten abantaila nagusietako bat da ez dutela katalizatzailerik eta ez daudela elementu garesti eta arraroen mende.

TWSCei buruzko ikerketa izugarri handitu zen XXI. mendearen hasieran, klima-aldaketaren kontzientzia azkar hazi zenean komunitate zientifikoaren artean. Gaur egun, eguzki-energiaren kolektoreetan eta kontzentratzaileetan lortutako aurrerapen teknologikoen ondorioz, TWSCak eguzki-energia kontzentratuarekin akoplatzea bereziki interesgarria da hidrogeno berdea ekoizteko. Gainera, hondar-beroa erabiltzeak potentzial handia du hidrogenoa deszentralizatuta ekoizteko industrietatik edo zentral elektrikoetatik gertu. TWSC moduluak sortzeak industria-prozesuaren CO2 aztarna globala murrizten lagun lezake, eta aplikazioa aurkitu sare adimendunetan, elektrolizatzaileekin eta energia termikoa biltegiratzeko unitateekin (TES) batera.

Hautagai asko teknologia (are) ekologikoago baterako

Ura bereizteko 300 ziklo termokimiko baino gehiago proposatu dira, baina gutxi batzuk baino ez dira sakon ikertu. Gainera, 50 urteko historia eta ahalmen handia izan arren, TWSCen prestakuntza teknologikoaren maila (TRL) oraindik ere nahiko baxua da, batez ere elektrolizatzaileekin alderatuz gero.

Ziklo termokimikoek 2 eta 5-6 urrats artean har ditzakete, 500 ºC eta 2000 ºC arteko lan-tenperaturekin. Oro har, zenbat eta urrats gutxiago egin, orduan eta tenperatura altuagoa beharko da, eta alderantziz.

Hainbat urratseko zikloak (3 urrats baino gehiago) zaharrenak eta ikasienak dira. Horren arrazoia da tenperatura baxu samarrak dituztela (T < 900 ºC), erakargarri egin baitzituzten TWSCei buruzko ikerketa nagusiki sektore nuklearrean zentratzen zenean.

Adibide klasiko bat 1974an General Atomics-ek (GA) sartutako S-I zikloa da (azufre-iodoa), 850ºC-ko gehieneko funtzionamendu-tenperatura duena. Hainbat urratseko beste ziklo ospetsu batzuk Cu-Cl (cobre-kloroa), Fe-Cl (burdina-kloroa) eta Mg-Cl (magnesio-kloroa) dira. Ziklo horietako asko ziklo termokimiko hibrido gisa ere eskuragarri daude, eta horrek esan nahi du gutxienez urrats elektrolitiko bat barne hartzen dutela. Horrek tenperatura jaistea ahalbidetzen du, baina prozesu globalari konplexutasun handiagoa gehitzen dio.

Hainbat urratseko zikloek eguzki-energia kontzentratua zein industriako hondakin-beroa erabil ditzakete hidrogeno berdea eskala handian sortzeko. Adibidez, eguzki-energia kontzentratuari lotutako S-I zikloaren atariko zenbatespenek % 42, % 52 eta % 60ko efizientziak iradokitzen dituzte, 827 ºC, 900 ºC eta 1000 ºC-ko tenperatura maximoekin, hurrenez hurren. Hala ere, hainbat urratseko ziklo horien guztien eragozpen nagusia da erreaktiboak eta/edo produktu oso korrosiboak (adibidez, H2SO4 eta HCl beroak) edo arriskutsuak (Cl2) inplikatzen dituztela, merkataritza-prozesuaren aplikazioaren bideragarritasuna arriskuan jar dezaketenak.

Bestalde, bi urratseko TWSCek ez dituzte arazo horiek, oxido metalikoen mende baino ez baitaude. Mekanismo orokorra erraza da. Erredukzio termikoko lehen urrats batean, oxido metalikoa berotu egiten da, metala murriztu arte; balentzia gutxiagoko oxido bat sortzen da, eta oxigeno molekularra sare kristalinotik askatzen da. Ondoren, sistema hoztu egiten da eta ur-lurrunarekin erreakzionatzen du tenperatura baxuagoan; ura bereizteko igarobide horretan, metala oxidatu egiten da hasierako balentzia handiko oxidoa birsortzeko, eta H2 sortzen da.

Esperimentalki ikertu dira pare redox lurrunkorrak (adibidez, ZnO/Zn, SnO2/SnO) edo ez-lurrunkorrak (adibidez, Fe3O4/FeO, MnO/Mn3O4, CeO2/CeO2-ا, ferritas espinela mistoak eta perovskitak) inplikatzen dituzten hainbat oxido metaliko. Horietako batzuk, bereziki CeO2 zikloa, eskala txikiko eguzki-kontzentragailuetan ere probatu dira. Hala ere, bi urratseko zikloen prestakuntza teknologikoa hainbat urratsetako ziklo zaharrena baino txikiagoa da.

Oztopo nagusietako bat da murrizte-etapak oso tenperatura altuak behar izaten dituela (normalean 1400 ºC-tik gorakoak), eta eguzki-erradiazio kontzentratuko fluxu handiak zuzenean irradiatuz baino ezin direla lortu, eta horrek produkzio-lekuekin lotutako mugak dituela. Nahiz eta % 60rainoko efizientzia handiak aurreikusten diren, energia-eskakizun handiak eta material aktiboaren karga txikiak ia eraginkortasun pobreetara eta hidrogenoaren kostu altura eramaten dute. Gainera, tenperatura altuek eragin negatiboa dute materialen epe luzeko errendimenduetan, eta erronka handiak planteatzen dituzte erreaktore termokimikoak egiteko.

TWSCei buruzko ikerketa CIC energiGUNEn

CIC energiGUNEren Egoera Solidoko Erreakzio Kimikoen taldea oxido metalikoetan oinarritutako ziklo termokimikoak lantzen ari da, ahalik eta tenperaturarik baxuenean jardun dezaketenak, 500 ºC-ra hurbilduz. Azken helburua hidrogenoa ekoizteko modulu deszentralizatuak garatzea da, adibidez, bero-iturri gisa hondar-beroa duten industria-inguruneetan integratzeko.

Ikerketa-jarduerak honako hauek ditu ardatz:

• Kostu txikiko oxido metaliko mistoak optimizatzea, karbonatoekin konbinatuta, funtzionamendu-tenperaturak murrizteko eta materialen egonkortasuna hobetzeko epe luzera. Horren barruan sartzen da material erreaktiboen sintesia egitea eta material horiek aldatzea, ordezkapen atomikoa eginez eta nanopartikulak gehituz.
• Metal askoko industria-hondakinak erabiltzea, hidrogenoa ekoizteko lehengai gisa Helburua da materialen kostua murriztea eta H2 ekoizteko prozesu globalaren zirkularitatea hobetzea.
• Beroketa-metodo ez-konbentzional bat erabiltzea, tenperatura baxuetan hidrogenoaren ekoizpena sustatzeko eta prozesuaren eraginkortasuna handitzeko.
  
  

Ondorioz, hidrogeno berdeak hurrengo hamarkadetan karbonozko gizarte neutro baterako trantsizioan funtsezko papera izatea espero da. Hala ere, gaur egun munduko energia-ekoizpenaren % 1 baino ez da, eta % 95 inguru erregai fosiletatik dator. Beraz, hemen dago arazo nagusia: nola egin hidrogeno berriztagarria ekonomikoki lehiakorra eta jasangarria izan dadin? Arazo konplexu gehienek bezala, honek ere ez du konponbide errazik. Izan ere, litekeena da erantzuna hainbat teknologiaren konbinaziotik etortzea, eta teknologia horiek egokiagoak edo desegokiagoak izan daitezke testuinguru espezifikoen arabera.

Oxido metalikoetan oinarritutako bi urratseko TWSC teknologia oraindik berde eta esploratu gabea da, eta hidrogeno berdearen ekoizpenaren kostua murrizten lagun dezake, industriako hondar-beroa eta hondakin-materialak aprobetxatuz.

Zalantzarik gabe, oraindik badago aukera hobekuntza esanguratsuak egiteko, eta CIC energiGUNE arrazoi horrekin konprometituta dago.