RECUPERACION DE ENERGIA DE GASES DE ESCAPE PARA LA OPTIMIZACION DE MOTORES DE OXI-COMBUSTION DE E-COMBUSTIBLES CON CAPTURA DE CO2 DE ALTA PUREZA

2021

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Serrano Cruz José Ramón

En los últimos años, las principales economías han impulsado políticas de desarrollo sostenible para reducir el impacto ambiental de los distintos sectores productivos. Así, las políticas sobre Energía y Clima de la Unión Europea establecen metas exigentes y se vertebran como un claro exponente de las medidas tomadas a nivel mundial. Si bien la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero orienta el cambio de paradigma de las aplicaciones energéticas, la sociedad también exige una mejora de la calidad del aire mediante la reducción de emisiones de gases contaminantes. Por ello, las políticas de la Unión Europea priorizan el aumento de la eficiencia de los sistemas de propulsión, el desarrollo de ecombustibles y, finalmente, su combinación para el desarrollo de sistemas propulsivos de cero emisiones. Teniendo en cuenta las tecnologías en desarrollo, la experiencia industrial ha demostrado que la oxi-combustión es una de las alternativas más prometedoras. La oxi-combustión se define como un proceso de combustión llevado a cabo en un ambiente altamente enriquecido en O2, que se puede controlar mediante un gas de dilución como los gases de escape recirculados, compuestos principalmente por CO2 y vapor de H2O, en lugar de N2, lo que evita la emisión de NOx. Además, una gestión adecuada de los gases de escape ofrece la posibilidad de capturar CO2, utilizable como subproducto en estrategias de economía circular, tales como la producción de e-combustibles. Esta característica es clave en el concepto propuesto, evitando cualquier emisión nociva a la atmósfera. El principal desafío para la oxi-combustión es el suministro de oxígeno. Entre las diferentes opciones, las membranas de conducción mixta iónica-electrónica (MIEC) resultan muy adecuadas debido a su compacidad y alta permeabilidad al oxígeno. La posible separación in situ del oxígeno del gas de admisión y su combinación con los conceptos de recuperación de energía de los gases de escape para la gestión térmica de la membrana MIEC es el germen de esta prueba de concepto. Se propone el desarrollo de un nuevo motor de combustión interna propulsado por e-combustibles sin emisión de contaminantes nocivos, incluida la purificación y captura de CO2 para su integración en un ciclo de economía circular. El nuevo motor hereda la escalabilidad de los motores alternativos de combustión interna clásicos, de modo que explota una tecnología e infraestructura maduras, ofreciendo una opción sostenible desde el punto de vista medioambiental y económico que es, a su vez, aplicable en diferentes sectores como el transporte por carretera, ferroviario o marítimo. El concepto propuesto también se puede considerar para la generación de electricidad y calor en entornos industriales, manteniendo su característica principal de cero emisiones de gases nocivos y GHG. Además, en combinación con combustibles sostenibles ofrece la posibilidad de emisiones negativas de CO2. A lo largo de la prueba de concepto, la optimización de la transmisión de energía desde los flujos de escape a los de admisión como medio para incrementar el rendimiento de la membrana MIEC y del proceso de oxi-combustión, así como el diseño del sistema de captura de CO2, proporcionarán nuevas características distintivas al motor propuesto. Además, los resultados experimentales y la existencia de un demostrador plenamente operativo respaldarán definitivamente las acciones de transferencia de tecnología a los fabricantes de motores.