Queroseno solar: El combustible para aviones hecho con agua, CO2 y energía solar

Ya es posible que los aviones vuelen gracias a una mezcla de agua, calor y CO2 capturado de la atmósfera. La primera planta del mundo en conseguir el nuevo combustible está en Madrid y reduce las emisiones un 90% frente al queroseno tradicional.

Agua, calor y CO2. Los aviones no necesitan nada más para volar. Esto que parece un sueño, se ha convertido en realidad en Madrid, más concretamente en la localidad de Móstoles. Aquí se sitúa la primera planta experimental del mundo capaz de convertir el agua en combustible para la aviación. Además, lo hace casualmente en un terreno cedido por el ayuntamiento y que en tiempos de la burbuja inmobiliaria iba a ser destinado a la construcción de un centro comercial. Es casi como si desde aquí se quisiera demostrar que el mundo puede cambiar y que viejos sueños como ese tan famoso que dice “de Madrid al cielo”, pueden hacerse realidad y, encima, sin contaminantes.

En este espacio de Móstoles, que ahora gestiona el instituto Imdea de Energía, se ha construido un pequeño parque solar, que consta de una torre de 15 metros de altura y 169 heliostatos. De aquí salen, tras un innovador proceso, bidones de queroseno sintético listos para impulsar aviones. Se trata de una alternativa más sostenible que las usadas hasta ahora, como los bioetanoles para los que se necesitan campos de cultivos de soja, por ejemplo, y que compiten con la producción alimentaria. Esta mezcla de agua, calor y CO2 reduce la emisión de cualquiera de los combustibles utilizados hasta ahora en aviación en un 90%.

El sector está buscando soluciones para reducir su aportación al calentamiento global y es que la aviación es responsable de más o menos un 2% del total de Gases de Efecto Invernadero (GEI). En 2017 los vuelos emitieron 163 millones de toneladas. En tres años y según datos de Ecologistas en Acción, su huella de carbono ha aumentado un 21% sólo en la UE. A esto hay que añadir, que las previsiones hablan de un crecimiento de un 21% hasta 2040, según datos del informe anual sobre rendimiento medioambiental del sector elaborado por la Agencia Europea de Medio Ambiente y la Agencia Europea de Seguridad Aérea. El número de vuelos sólo en la UE puede aumentar un 42% en las próximas décadas.

El documento también remarca los esfuerzos que está realizando el sector para reducir su impacto ecológico. En este sentido, los organismos de control de la UE calculan que para 2040 el combustible por pasajero descenderá un 12%. Sin embargo, para las organizaciones conservacionistas o la sociedad civil no es suficiente. Por eso están uniendo fuerzas para pedir el fin de las exenciones fiscales al sector dentro de Europa.

De ahí la importancia de la demostración llevada a cabo en Móstoles y que cierra el proyecto. “Sun to liquid está financiado por la Comisión Europea en colaboración con el Gobierno de Suiza. Empezó en 2015 y concluye este año y es heredero de otro anterior: el Solar Jet” Explica Félix Marín Andrés, responsable de Desarrollo y Transferencia de Tecnología de Imdea Energía. La intención es ir aumentando progresivamente la planta hasta lograr un desarrollo a escala industrial. La idea es hacerlo diez veces más grande.

El proceso parece sencillo, pero en cada paso hay novedades tecnológicas que han hecho posible el milagro. La primera parte es el parque solar. El sol se refleja en los paneles y estos dirigen la luz hacia un sólo punto de entrada situada en la torre de 15 metros de altura. El diseño puede resultar a simple vista el mismo que el de otros campos solares y, sin embargo, aquí se ha tenido que rediseñar algún que otro parámetro para adaptarlo a las necesidades. Esta es la parte novedosa desarrollada por Imdea. “Normalmente estos campos de heliostatos se usan para producir electricidad. Aquí los hemos adaptado para que trabajen a temperaturas más elevadas y sirvan para iniciar un proceso químico. Para hacerse una idea: estamos concentrando la radiación del sol 2.500 veces. En un campo de producción energética la concentración ronda las 500 a 700 veces. Estamos multiplicando por tres y cuatro el ratio de las plantas convencionales”, explica Manuel Romero, director Adjunto de Imdea Energía.

Aquí, los heliostatos son mucho más pequeños, de sólo 3m2, y no son totalmente planos para que dirijan la luz hacia el mismo sitio. Además, están mucho más pegados, porque el espacio es reducido. También tienen mucha más capacidad, de manera que la temperatura que llega hasta la torre alcanza los 1.500 grados, el punto en el que empieza a reducirse el óxido de cerio, el principal elemento del reactor. “El sol se refleja en los paneles solares, que lo redirigen a la torre. Arriba hay dos cavidades. Una es un calorímetro, que permite medir la cantidad de energía que se está introduciendo, y en la otra está el reactor químico que reacciona con el sol”, continúa Romero.

El reactor solar es el corazón de todo el desarrollo y otra de las innovaciones del sistema. Está situado en el interior de la torre y necesita esta temperatura tan alta para funcionar. El calor activa el proceso químico. “En el corazón tenemos un material cerámico compuesto por óxido de cerio, que permite hacer un proceso cíclico en dos pasos. Primero, se reduce el óxido de cerio y se libera el oxígeno. En el segundo paso, le suministramos agua y CO2 que reaccionan con el cerio produciendo hidrógeno y monóxido de carbono. A esta mezcla se la conoce como gas de síntesis”, explica Aldo Steinfeld, responsable del departamento de Ingeniería Mecánica y de Procesos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich. El investigador suizo ostenta el récord de eficiencia en la transformación de sol a gas de síntesis. En este caso, consigue transformar un 5%, porque para el demostrativo no se utiliza toda la potencia del parque solar, equivalente a 300 kW. A medida que se aumente el campo se pretende conseguir hasta un 20% de eficiencia en la transformación.

Las ventajas de esta innovación son múltiples. Primero de todo, el óxido de cerio que se necesita es muy poquito. Algo positivo, porque se trata de una tierra rara, que a simple vista parece un trozo de esponja dura. Y por si fuera poco, no se consume. Es decir, es el mismo el que se usa una y otra vez. Otra ventaja: el CO2 que no se ha transformado se devuelve al sistema por una canalización cerrada, con lo que nunca sobra. Y por último, y más importante si cabe. Es que dicho dióxido de carbono proviene de la captura directa de la atmósfera.

Desde 2017 hay en activo varias plantas de captación directa de CO2; todavía están en fase demostrativa porque la tecnología resulta cara, pero empiezan a expandirse. Hasta ahora estos métodos de captura estaban asociados a las plantas de producción eléctrica con combustible fósil (como el carbón), donde las concentraciones de CO2 son más altas y es más fácil atrapar este gas. Para este piloto el CO2 ha llegado hasta aquí en bombonas, pero la idea es integrar en la infraestructura una planta de captura directa.

Al final del proceso este gas de síntesis que sale de la torre llega por tubería hasta el centro de transformación. Aquí el gas se transforma en queroseno gracias a un reactor Fischer Tropsch. “El sistema necesita estar en marcha de forma continua, 24 horas y siete días a la semana. Cuando hay sol, parte del gas se usa para producir combustible y parte se almacena para que durante la noche haya suficiente volumen y el proceso siga activo. En el interior, el gas se comprime y se somete a una reacción química gracias a la cual se produce el combustible. También se produce CO2 durante el proceso, pero éste se devuelve a la torre para que inicie el proceso de nuevo, de manera que cada molécula de dióxido de carbono se transforme en combustible para aviación”, explica Ellart de Wit, jefe de Tecnología de la empresa Hygear.