Almacenamiento Sostenible de Energía mediante el Proceso Híbrido de Azufre Mejorado con membranas de Polibenzimidazol (ASEPHAM)
SBPLY/17/180501/000330
Conseguir energía de forma eficiente y ambientalmente sostenible es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta en el momento actual la Humanidad. La mayor concienciación sobre el cambio climático y sobre cómo estamos afectando al medioambiente se ha convertido en una potente fuerza impulsora, tanto para la optimización de la eficiencia energética como para la diversificación de sus fuentes, siendo especialmente importante el incremento en el uso de las energías renovables. Sin embargo, la dificultad en la adecuación de la generación y consumo con estas fuentes pone manifiesto un segundo desafío que afrontar, que es el almacenamiento y regulación de la energía, para el que en el momento actual no existe una tecnología completamente eficiente y para el que el uso del vector energético hidrógeno podría aportar una mejor solución, si bien ésta no ha sido todavía completamente establecida. En este contexto, el Proyecto ASEPHAM (Almacenamiento Sostenible de Energía mediante el Proceso Híbrido de Azufre Mejorado con membranas PBI) pretende desarrollar una tecnología novedosa para acumular la energía excedente de parques solares térmicos y fotovoltaicos mediante la mejora del ciclo híbrido termoelectroquímico del azufre (ciclo Westinghouse) utilizando membranas PBI de nueva generación, tanto en el electrolizador como en la celda de combustible, lo que permitirá mejorar notablemente la eficiencia de los sistemas actuales, al trabajar a mayores temperaturas, y eliminar parte de sus inconvenientes, en especial los derivados de la gestión del agua. Esto es especialmente importante en Castilla- La Mancha, que es una de las regiones líderes a nivel nacional en producción de energía a partir de fuentes renovables y por tanto en la reducción de la huella de carbono. Asimismo, se pretende integrar el electrolizador y la celda de combustible en una única celda regenerativa, lo que llevaría consigo una reducción de los costes y de demanda de espacio del sistema. Además, este avance en la investigación podría suponer un importante desarrollo aplicable a un nuevo concepto de motor híbrido de automoción, con el que reducir la actual huella de carbono de los motores de combustión interna. El proyecto no solo pretende desarrollar los aspectos electroquímicos de la tecnología sino también construir un prototipo completo para realizar pruebas de concepto. ASEPHAM está claramente incluido dentro de las líneas prioritarias definidas en el RIS3 de Castilla-La Mancha (Desafío 9: favorecer el paso a una economía baja en carbono en todos los sectores, en especial energía y transporte) así como en las líneas estratégicas definidas en el Avance del Plan Nacional 2017-2020 (Reto 3, Energía Segura, Eficiente y Limpia) alineadas todas ellas con las del Programa europeo H2020. Es un proyecto ambicioso, pero viable en base a la experiencia y equipamiento disponible en el equipo de investigación, cuyo principal objetivo se subdivide en varios objetivos parciales que, organizativamente, constituyen a su vez paquetes de trabajo (PT). Así, el Proyecto consta de 9 paquetes de trabajo, siendo los dos primeros organizativos (Coordinación técnica y económica del proyecto y Gestión del Conocimiento) y los otros siete científico-tecnológicos. En cuanto a estos últimos, el PT3 consistirá en el desarrollo del electrolizador de dióxido de azufre utilizando membranas de PBI, que pretende ser uno de los principales avances de conocimiento generados por ASEPHAM, consiguiendo aprovechar nuestra experiencia de más de 10 años en membranas PBI para obtener una tecnología mucho más eficiente que la actual. En el PT4 se abordará la optimización de celdas de combustible basadas en PBI para este ciclo. En estos paquetes 3 y 4 se trabajará con catalizadores novedosos que presentan una gran estabilidad en las condiciones de operación severas a las que será sometida la celda de combustible y que permitirán poner a prueba la experiencia acumulada con la reciente participación del equipo de trabajo en el proyecto europeo CISTEM. EL PT5 se centrará en optimizar el acoplamiento del electrolizador a la energía solar, en líneas con las necesidades de CLM, región con un gran interés en este tipo de energía. En el PT6 se optimizará la etapa no electroquímica del ciclo para las condiciones de operación resultantes del uso de membranas PBI en el electrolizador. Esta etapa consiste en la descomposición térmica del ácido sulfúrico en SO2, siendo crítica en el proceso, pero no difícil de ser realizada. En el PT7 se estudiará la integración y escalado de los procesos electroquímicos en una celda regenerativa. Esto implicaría una reducción de los costes y de demanda de espacio del sistema, pues un mismo equipo serviría de electrolizador para la producción de hidrógeno y a la vez, de celda de combustible para la producción de electricidad a partir del hidrógeno previamente formado. El sistema es completamente innovador y puede tener una gran aplicabilidad en el mundo de la automoción en los novedosos sistemas híbridos para motores de combustible interna. En el PT8 se realizará la integración de todas las etapas del ciclo híbrido en un prototipo, para cuyo diseño se utilizará una simulación numérica con HYSYS-ASPEN y por último, en el PT9 se realizará una prueba de concepto con el prototipo tanto para la tecnología de almacenamiento de energía renovable (termosolar y fotovoltaica) como para la de motores híbridos de automoción.
El beneficio del proyecto trasciende de lo científico a lo tecnológico. En el primer aspecto, cabe esperar numerosas contribuciones científicas en revistas de elevado índice de impacto, de acuerdo con la línea que habitualmente mantiene el grupo y una gran difusión en los congresos de mayor relevancia internacional. En el segundo, este proyecto puede ser germen de colaboración de transferencia de conocimientos con empresas (a la que el grupo también está habituado), además de posicionarnos adecuadamente para futuras solicitudes de proyectos a nivel nacional y sobre todo a nivel europeo, donde hay empresas europeas potencialmente interesadas en los resultados obtenidos en este proyecto, tal y como se pone de manifiesto en el documento de trabajo Study on Hydrogen from renewable resources in the EU recientemente publicado por la FCH-2 JU.
El equipo de investigación que propone ASEPHAM respeta los indicadores de paridad indicados en la convocatoria, tiene experiencia en todos los temas a abordar y tiene una fuerte vocación de difusión científica y formadora. En este último aspecto, se tiene planificado la contratación de dos personas que realizarían su tesis doctoral en el marco de este proyecto, lo que es en sí mismo un beneficio ya que contribuirá al desarrollo de personal científico de gran calidad en una región deficitaria en el mismo. La propuesta cuenta con la participación como EPOs de varias empresas que cubren toda la cadena de valor de la tecnología que se pretende desarrollar.