Síntesis y conformado macroscópico del material LSCF 6428 (La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3±δ) para la producción de hidrógeno mediante ciclos termoquímicos

Abstract

[spa] Las comunicaciones COM(2019) 640 y COM(2020) 299, de la Comisión Europea, reconocen al hidrógeno como un vector energético de gran oportunidad para la descarbonización del sector industrial, la eliminación de la dependencia de los combustibles fósiles, y la mejora en la gestión del sistema eléctrico. En esta línea, este trabajo se centra en el estudio de la producción de hidrógeno verde mediante ciclos termoquímicos usando un material de tipo perovskita con la siguiente composición La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-δ (LSCF 6428), sintetizada mediante diferentes procedimientos. La temperatura de la etapa de reducción del ciclo termoquímico fue de tan solo 1000 ºC, lo que supone una importante reducción respecto de otros óxidos metálicos convencionales (1300 ºC, aproximadamente), mientras que la etapa de oxidación se llevó a cabo a 800 ºC. El mejor método de síntesis de todos los analizados fue la molienda reactiva, obteniéndose un material en forma de polvo que es estable a ciclos y genera una producción de hidrógeno de 4,5 STPcm3/gmaterial·ciclo. Para poder utilizar este material como lecho activo en reactores solares se ha conformado en forma de espuma rígida porosa, de manera que se maximice la absorción de radiación solar y se homogenice la temperatura, minimizando los problemas difusionales que usualmente existen en este tipo de sistemas. Con el material conformado se obtuvo un notable aumento de la producción de hidrógeno, alcanzando un valor estable de 10,5 STPcm3/gmaterial·ciclo durante 10 ciclos consecutivos. Estos resultados indican que este material es muy prometedor para su aplicación en la producción de hidrógeno mediante ciclos termoquímicos activados con energía solar térmica de concentración.

[eng] The Communications of the European Commission COM(2019) 640 and COM(2020) 299, recognize hydrogen as a great opportunity for the decarbonization of the industrial sector, the management of the electrical system and the elimination of the fossil fuels dependence. In this context, this work focuses on the study of green hydrogen production by thermochemical cycles using La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF 6428) perovskite. The reduction temperature was only 1000 ºC, representing a significant decrease in the thermal requirements of this step in thermochemical cycles with metal oxides, while the oxidation step was carried out at 800 ºC. The best synthesis method of all those analyzed was reactive milling, obtaining a material stable upon cycling with a hydrogen production of 4.5 STPcm3/gmaterial·cycle. In order to be able to use this material as an active bed in solar reactors, it is necessary to carry out its macroscopic shaping as a porous foam to maximize and homogenize the radiation absorption and the temperature, minimizing diffusional problems in the bed. With this structure, a stable hydrogen production of 10.5 STPcm3/gmaterial·cycle was obtained for 10 consecutive cycles. These results show that this is a very promising material for its application to the production of hydrogen by thermochemical cycles activated by concentrating solar thermal energy.