La ETH de Zúrich desarrolla cerámicas eficientes impresas en 3D para producir energía solar

Investigadores de los Departamentos de Materiales Complejos y Fuentes de Energía Renovables de la ETH de Zúrich han logrado fabricar el núcleo de un reactor solar a partir de cerámica impresa individualmente en 3D. Los reactores solares se utilizan para producir combustibles líquidos neutros en carbono, como el queroseno solar para la industria aeroespacial. Por tanto, esta tecnología encierra un gran potencial para la aviación de bajas emisiones que es posible gracias al uso de la fabricación aditiva. Este tipo de combustibles más respetuosos con el medio ambiente pueden producirse ahora en mayores cantidades gracias a la mayor eficiencia de los reactores solares. El proyecto de la ETH de Zúrich es posible gracias a la financiación de la Oficina Federal de Energía de Suiza.

En pocas palabras, el reactor solar funciona iluminado primero por la luz solar procedente de un espejo parabólico. La nueva estructura del reactor incluye un complejo impreso en 3D de estructuras cerámicas dispuestas jerárquicamente. Estas estructuras se abren en la superficie orientada hacia el sol y se estrechan hacia la parte posterior del reactor, atrapando el calor. Como demostraron las primeras pruebas realizadas con éxito en la ETH de Zúrich, toda la estructura es capaz de alcanzar una temperatura de reacción de 1.500 °C gracias a la radiación solar concentrada. Además, la radiación solar se transporta de forma más eficiente al interior del reactor gracias a los componentes impresos en 3D. Como resultado, en comparación con las estructuras isotrópicas anteriores, se produce el doble de combustible solar neutro en carbono con la misma cantidad de radiación solar. Las propias estructuras cerámicas se imprimen mediante extrusión a partir de una pasta especialmente desarrollada por la impresora 3D. La pasta extruida consta de una gran cantidad de partículas de óxido de cerio para obtener el material más reactivo posible y maximizar así la eficiencia del reactor solar.

La ETH de Zúrich lleva más de una década investigando los combustibles solares y ya ha demostrado anteriormente el proceso para su producción en el campus universitario en 2019. Los ingenieros de la universidad suiza también han desarrollado ya un reactor solar en el que la energía de la radiación solar concentrada se utiliza para producir gas de síntesis (hidrógeno y monóxido de carbono) a través de una serie de ciclos termoquímicos para dividir el agua y el CO2. Esto, a su vez, se utiliza para la producción de combustibles solares líquidos, como el queroseno solar para aviones. Estos combustibles son neutros en CO2, ya que durante su combustión sólo se libera la misma cantidad de carbono que se extrajo previamente del aire para la producción del gas de síntesis. Las estructuras utilizadas anteriormente en el reactor tenían una porosidad isótropa. Los rayos solares que incidían en el reactor se atenuaban en su camino hacia el interior debido a las propiedades de la superficie. Esto impedía alcanzar la temperatura interna óptima en el reactor, lo que limitaba su rendimiento y la producción de combustible.

Según la ETH de Zúrich, su tecnología recién desarrollada ya es muy avanzada, por lo que las empresas derivadas de la ETH, Climeworks y Synhelion, se esfuerzan por seguir desarrollando la tecnología, comercializarla y colaborar con empresas como el aeropuerto de Zúrich y Lufthansa. Además, la tecnología de impresión 3D de las estructuras cerámicas ya ha sido patentada. Synhelion también ha recibido ya una licencia de la ETH de Zúrich. Steinfeld, catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Procesos de la ETH de Zúrich, subraya: «Esta tecnología tiene el potencial de aumentar la eficiencia energética del reactor solar y, por tanto, de mejorar significativamente la viabilidad económica de los combustibles sostenibles para la aviación».

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