Diseño, construcción e implementación de un reactor solar para la producción de hidrógeno verde y monóxido de carbono a partir de agua y dióxido de carbono

Abstract

El año 2015 se firmó el Acuerdo de Paris donde se establecieron límites y objetivos para combatir el calentamiento global. Para alcanzar los objetivos de descarbonización, es crucial aumentar el uso de energías renovables, y promover el hidrógeno verde. En la Universidad Técnica Federico Santa Maria, se diseñó un reactor para producir hidrógeno verde mediante ciclos termoquímicos. A partir de los resultados de este modelo y de las oportunidades de mejora, surgió el proyecto VIU, código VIU23P0116, con el apoyo de Fondef para la fabricación de un nuevo reactor. Este trabajo de título, involucrado en el proyecto VIU, tiene como objetivos principales el diseño, construcción e implementación de un reactor de óxido de metal alimentado por energía solar fotovoltaica y concentrada para la producción de hidrógeno verde y monóxido de carbono. Se revisó la literatura sobre la generación de hidrógeno, sistemas de concentración solar, celdas fotovoltaicas y los desarrollos en el diseño de reactores para ciclos termoquímicos. Además, se analizaron los resultados del primer diseño del reactor. Con esto se diseñó un nuevo reactor, con foco en la mejora del funcionamiento de las resistencias, el aislamiento térmico y la facilidad de operación y mantención. El nuevo diseño se plasmó en planos de fabricación con los que se fabricaron las piezas en acero inoxidable. Se creo un molde con el que se hicieron los ladrillos del reactor, se instalaron las resistencias eléctricas y se realizó el montaje final del reactor. Se construyeron set-up experimentales para la producción de hidrogeno y monóxido de carbono utilizando oxido de cerio como catalizador. Con esto se lograron desarrollar pruebas de puesta en marcha. Se genero hidrogeno midiendo una máxima concentración de 109,8 PPM y alcanzando niveles de eficiencia energética de 0,0081 %, 35% más altos que los alcanzados con el modelo anterior. Se alcanzaron temperaturas superiores a 800°C, solamente utilizando las resistencias eléctricas debido a factores climáticos, con las que se estima la Detección de un 75% del máximo hidrogeno teórico a generar con esas temperaturas. En la prueba de generación de monóxido se logró detectar un aumento de las concentraciones de CO durante la oxidación, alcanzando un máximo de 0,038% volumétrico.