Responsable: Antonio Perejón Pazo / José Manuel Valverde Millán
Tipo de Proyecto/Ayuda: Proyectos I+D+i FEDER Andalucía 2014-2020
Referencia: US-1262507
Fecha de Inicio: 01-02-2020
Fecha de Finalización: 30-04-2022

Empresa/Organismo financiador/es:

• Junta de Andalucía (Consejería de Economía y Conocimiento)

Equipo:

• Equipo de Investigación:
  • María Jesús Diánez Millán (baja: 04/03/2022)
  • Luis Allan Pérez Maqueda
• Equipo Colaborador:
  • Danny Guzmán Méndez
  • Matteo Carmelo Romano
  • Vittorio Verda

Contratados:

• Investigadores:
  • Alejandro Fernando Manchón Gordón
  • Virginia Moreno García
  • Mónica Salazar Lago

Resumen del proyecto:

SOLACAL tiene como principal objetivo el desarrollo de nuevos materiales para el almacenamiento de energía en centrales de energía solar concentrada (CSP). En las centrales CSP comerciales actuales, un conjunto de heliostatos concentra la radiación solar, lo cual genera el calor necesario para la producción de vapor y energía eléctrica. En algunas centrales ya comerciales el calor es almacenado en forma sensible en sales fundidas y puede ser usado en periodos de ausencia de radiación solar directa para generar electricidad. Este tipo de energía renovable está experimentando un enorme auge en los últimos años, principalmente por la posibilidad de almacenamiento a gran escala, pero su expansión comercial requiere necesariamente reducir costes y aumentar la autonomía de almacenamiento. La posibilidad de alcanzar temperaturas muy elevadas en la tecnología CSP de torre central (de hasta 1000ºC) potenciaría la eficiencia de la conversión de energía térmica en electricidad. No obstante, esta temperatura se encuentra limitada por la temperatura de degradación de las sales fundidas usadas para almacenar calor, que se encuentra en torno a los 550ºC. En este proyecto se investigará el almacenamiento de energía en centrales de energía solar concentrada en forma termoquímica mediante la integración del proceso Ca-Looping (CaL), basado en la calcinación/carbonatación cíclica del carbonato de calcio (CaCO₃). En la integración CSP-CaL, la energía solar concentrada es usada para provocar la descarbonatación endotérmica del CaCO₃. Los productos de la reacción (CaO y CO₂) son almacenados por separado y, cuando la demanda lo requiere, son usados para llevar a cabo la reacción de carbonatación, que al ser exotérmica devuelve la energía empleada en la descarbonatación. Este calor a alta temperatura podría ser empleado para la generación de electricidad de manera más eficiente. Así, la temperatura de operación podría ser elevada hasta 900ºC si la carbonatación se realiza bajo altas presiones parciales de CO₂. Además, los precursores naturales de CaCO₃, como la caliza y la dolomita, poseen densidades energéticas superiores a las que presentan las sales fundidas, son materiales de bajo coste, no tóxicos y disponibles en abundancia. Estas tres características son fundamentales para la expansión a gran escala de cualquier energía renovable. Además, se puede almacenar o transportar el CaO sin apenas pérdidas térmicas ajustando su uso a la demanda. En este proyecto se estudiará el comportamiento de nuevos materiales basados en CaCO₃durante ciclos de calcinación/carbonatación en condiciones realistas gracias a la fabricación de un equipo termogravimétrico capaz de emplear elevadas velocidades de calentamiento y enfriamiento y de emplear diferentes atmósferas de gases. De esta forma, los resultados obtenidos serán realmente representativos y podrán ser extrapolados a las condiciones prácticas de operación en plantas CSP.  Se estudiará la reactividad multicícilica de muestras de caliza y dolomita, a las que se les realizarán tratamientos mecánicos y con ácido acético que pueden mejorar su actividad. Además, se ha demostrado que la presencia de MgO inerte en la dolomita calcinada estabiliza térmicamente el CaO, por lo que se prepararán dolomitas sintéticas con distinto contenido en MgO mediante tratamientos mecánicos y coprecipitación con el objeto de encontrar la cantidad óptima de MgO que mejore la actividad multicíclica del CaO. Se estudiarán asimismo otros materiales con los que se pueda aumentar la temperatura de carbonatación, como el SrCO₃ y el BaCO₃, lo que permitiría incrementar aún más la eficiencia termoeléctrica de las plantas CSP con almacenamiento. Ello conllevaría un incremento tanto del rendimiento como del trabajo neto obtenido en el ciclo de potencia, a coste reducido, elevando la competitividad de una tecnología en la que España es líder. Un aspecto relevante de SOLACAL es que los resultados obtenidos serán transferidos de manera directa a la planta CSP-CaL de demostración que se está construyendo en Sevilla dentro del proyecto H2020 SOCRATCES iniciado en 2018 y coordinado por la Universidad de Sevilla, en el que participan los investigadores del equipo solicitante.