Paso a paso, parece que la industria de la energía empieza a ver en la sostenibilidad una necesidad de carácter acuciante. Es por ello que la investigación hacia la optimización de los procesos para la obtención de energía están tomando diversas formas en los últimos años. Ahora un nuevo mecanismo desarrollado por instigadores de Massachusetts Institute of Tecnology – MIT por sus siglas en ingles- podría aumentar la eficiencia en la obtención de energía y combustible en las centrales térmicas de gas natural.
Su funcionamiento se basa en una membrana fabricada de un compuesto de lantano, calcio y óxido de hierro, que permite que el oxígeno de un flujo de dióxido de carbono emigre a hacia el otro lado de esta, obteniendo monóxido de carbono como producto. El monóxido de carbono producido durante este proceso puede ser utilizado como combustible o, combinado con hidrógeno y, o, agua, puede emplearse para producir muchos otros hidrocarburos líquidos o productos químicos como el metanol, utilizado como combustible para automóviles.
El laboratorio de Xiao-Yu Wu y Ahmed Ghoniem del MIT, está explorando algunas de estas opciones. Este proceso podría convertirse en parte del conjunto de las conocidas como Tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono,-o CCUS por sus siglas en inglés- y que aplicadas a la producción de electricidad podría reducir el impacto del uso de combustibles fósiles en el calentamiento global.
¿Cómo funciona?
"La membrana, la cual posee una estructura conocida como perovskita, es 100 % selectiva para el oxígeno, permitiendo que solo esos átomos pasen", explica Wu. La separación es impulsada por temperaturas de hasta 990 ºC, y la clave para hacer que el proceso funcione es mantener el oxígeno separado del dióxido de carbono que fluye a través de la membrana hasta que llega al otro lado, lo que podría hacerse creando un vacío en el lado de la membrana opuesto a la corriente de dióxido de carbono. Sin embargo esto requeriría una gran cantidad de energía, por lo que los investigadores han optado por mezclar los flujos resultantes en la separación, con una corriente de hidrógeno o metano.
La clave para que el proceso funcione es mantener el oxígeno separado del dióxido de carbono
Estos materiales se oxidan tan fácilmente que atraen los átomos de oxígeno a través de la membrana sin requerir una diferencia de presión. La membrana también evita que el oxígeno se separe y una de nuevo con el monóxido de carbono para formar dióxido de carbono. En última instancia, y dependiendo de la aplicación, se puede usar una combinación de vacío y combustible para reducir la energía requerida para realizar el proceso y obtener un producto útil.
Energía reciclada y almacenada
El aporte de energía necesario para mantener el proceso en marcha, dice Wu, es el calor, que podría ser proporcionado por la energía solar, por el calor residual de las centrales eléctricas donde se realizaría el proceso u otras fuentes. Esencialmente este mecanismo permite almacenar ese calor en forma química, para usarlo cuando sea necesario. El almacenamiento de energía química tiene una densidad de energía muy alta, es decir la cantidad de energía almacenada por unidad de peso es muy elevada en comparación con otras formas de almacenamiento.
Este mecanismo permite almacenar ese calor en forma química, para usarlo cuando sea necesario
En este punto, afirman Wu y Ghoniem, el proceso funciona. Las investigaciones en curso están examinando cómo aumentar las tasas de flujo de oxígeno a través de la membrana, quizás cambiando el material utilizado para construir la membrana, cambiando la geometría de las superficies o añadiendo materiales catalizadores a las superficies. Los científicos también están trabajando para integrar la membrana en reactores en funcionamiento y acoplar el reactor con el sistema de producción de combustible.
El proceso puede funcionar con cualquier nivel de concentración de dióxido de carbono, dice Wu, lo han probado en concentraciones que van desde el 2 hasta el 99%, sin embargo cuanto mayor es la concentración, más eficiente es el proceso.
Por las experiencias previas en una planta de energía de gas natural en la que el grupo de Ghoniem y otros han trabajado anteriormente, Wu dice que el gas natural entrante podría dividirse en dos corrientes: una que se quemaría para generar electricidad mientras produce una corriente pura de dióxido de carbono; y otra que iría al hacia el nuevo sistema de membrana proporcionando una fuente de combustible que reacciona con el oxígeno. Esa corriente produciría una segunda salida de la cual se obtendría una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono conocida como gas de síntesis, usado ampliamente como combustible y materia prima industrial.
Este gas de síntesis también se puede añadirse a la red de distribución de gas natural existente, por lo que este método no es solo susceptible de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero si no que también podría generar otra fuente potencial de ingresos para ayudar a sufragar sus costos.