¿Cómo se diseña un reactor solar térmico para la reducción de CO2?

1 Tipo de reactor

El primer paso es elegir el tipo de reactor que se adapte a su aplicación y recursos disponibles. Existen diferentes tipos de reactores solares térmicos, como los receptores de lecho fijo, de lecho fluidizado, de cavidad giratoria o volumétricos, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, los reactores de lecho fijo son simples y robustos, pero tienen bajas tasas de transferencia de calor y masa, mientras que los reactores de lecho fluidizado tienen altas tasas de transferencia de calor y masa, pero requieren sistemas complejos de fluidización y separación de gases.

2 Material del reactor

El siguiente paso es seleccionar el material que pueda soportar las altas temperaturas, presiones y ambientes corrosivos del reactor solar térmico. El material también debe tener buena conductividad térmica, resistencia mecánica y estabilidad química. Algunos materiales comunes utilizados para los reactores solares térmicos son la cerámica, como la alúmina, el zirconia o el carburo de silicio, o los metales, como el acero inoxidable, el níquel o las aleaciones de hierro.

3 Geometría del reactor

El tercer paso es diseñar la geometría del reactor que optimice la absorción de la radiación solar, la cinética de reacción y la transferencia de calor y masa. La geometría también debe minimizar las pérdidas de calor, las caídas de presión y el consumo de energía parásito. Algunos factores que afectan la geometría del reactor son la forma, el tamaño, la orientación y la configuración de los componentes del reactor, como la apertura, la cavidad, el lecho del catalizador o el intercambiador de calor.

4 Funcionamiento del reactor

El cuarto paso es determinar las condiciones de funcionamiento del reactor que logran el rendimiento y la eficiencia deseados. Las condiciones de operación incluyen la temperatura, presión, concentración y caudal de los reactivos y productos, así como la irradiancia solar y la relación de concentración del concentrador solar. Las condiciones de operación también deben tener en cuenta las variaciones en la entrada solar, las condiciones ambientales y la dinámica del reactor.

5 Pruebas de reactores

El quinto paso es probar el reactor en un laboratorio o en un entorno de campo para evaluar su funcionalidad, confiabilidad y seguridad. Las pruebas deben medir los parámetros clave, como la eficiencia de conversión de energía solar a combustible, el rendimiento y la calidad del combustible, las pérdidas y ganancias de calor, las velocidades de reacción y la selectividad, y las emisiones y subproductos. La prueba también debe identificar y resolver cualquier problema técnico, como fugas, grietas, obstrucciones o incrustaciones.

6 Escalado del reactor

El paso final es escalar el reactor de un prototipo a una escala comercial, teniendo en cuenta los factores económicos, ambientales y sociales. La escala debe considerar el costo, la disponibilidad y la durabilidad de los materiales y componentes, la integración y compatibilidad del reactor con otros sistemas, como el concentrador solar, el almacenamiento y distribución de combustible, o la conexión a la red, y el impacto y los beneficios del reactor en el clima, la seguridad energética y la sociedad.

7 Esto es lo que más debe considerar

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