Estudio térmico de un reactor de metal líquido para pirólisis de metano con aporte energético solar

Abstract

[spa] El reto de la descarbonización de la sociedad y la lucha contra el cambio climático requiere el desarrollo de tecnologías disruptivas, entre las que se cuentan muchas de las relacionadas con la economía del hidrógeno. La disponibilidad de un sistema de generación de hidrógeno sin emisiones de CO2 o la implementación de sistemas Power-to-Gas pueden jugar un papel primordial en la transición energética, así como para la integración de los hidrocarburos y el CO2 en la economía circular. El Hidrógeno es un componente clave para desarrollar un sistema energético limpio y sostenible, aunque es necesario que su producción sea viable económicamente y responsable medioambientalmente. La pirólisis de metano es una reacción endotérmica, que requiere un aporte de energía, que puede ser en forma térmica o eléctrica. La posibilidad de integrar la energía solar como aporte energético es clave para la sostenibilidad de este proceso. Se están desarrollando nuevos conceptos de reactores para procesos de alta temperatura basados en el uso de metales líquidos, que son capaces de permanecer en estado líquido más allá de 1500 ºC. En esta comunicación se mostrarán el diseño conceptual y el análisis térmico de un reactor de pirólisis de metano en un baño de metal líquido (Sn) con burbujeo de metano, energizado por energía solar concentrada. Se determinarán los perfiles energéticos (flujos de calor y temperaturas) de la pared del reactor utilizando un software de simulación CFD (Computational Fluid Dynamics), basado en ANSYS Fluent, acoplado a FreeCAD como software para la creación del boceto y geometría del reactor. También se calcularán otros parámetros para el diseño experimental.

[eng] The global challenge of decarbonizing and combating climate change requires the development of disruptive technologies, including many of those associated with the hydrogen economy. The development of a CO2-free hydrogen generation system or the implementation of Power-to-Gas systems can play a significant role in the energy transition, as well as for the integration of hydrocarbons and CO2 into the circular economy. Hydrogen is a key component in developing a clean and sustainable energy system, but its production needs to be economically viable and environmentally responsible. Methane pyrolysis is an endothermic reaction, which requires an energy input, either in thermal or electrical form. The possibility of integrating solar energy as an energy input is essential for the sustainability of this process. New reactor concepts are being developed for high-temperature processes based on the use of liquid metals, which are able to stay in a liquid state beyond 1500 °C. This paper will show the conceptual design and thermal analysis of a liquid metal (Sn) methane pyrolysis reactor with methane bubbling, driven by concentrated solar energy. The energy profiles (heat fluxes and temperatures) of the reactor wall will be determined using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation software, based on ANSYS Fluent, coupled to FreeCAD as the software for the creation of the reactor sketch and geometry. Other parameters for the experimental design will also be calculated.