ES2363959A1 - Método para almacenar energía solar térmica. - Google Patents
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Abstract
Un método para almacenar energía solar térmica incluye: adquirir energía solar térmica, realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua, usando una parte de la energía solar térmica adquirida, y realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno y del hidrógeno obtenido usando otra parte de la energía solar térmica adquirida.
Description
Método para almacenar energía solar térmica.
El reciente calentamiento global se convierte en
un problema cada vez más serio y llega a tener una posibilidad de
amenazar la supervivencia humana en el futuro. La principal causa de
ello es considerada el dióxido de carbono (CO_{2}) liberado a la
atmósfera a partir de los combustibles fósiles que han sido usados
en gran cantidad como fuente de energía en el siglo 20. Por
consiguiente, se cree que no se permitirá el uso continuado de
combustibles fósiles en un futuro próximo. Por otro lado, el aumento
de la demanda de energía con el rápido crecimiento en los países
llamados en desarrollo tales como China, India y Brasil lleva al
temor de que el agotamiento de petróleo y gas natural, hasta ahora
considerados inextinguibles, resulte una realidad.
Si esta situación continúa, como se espera
totalmente también desde la reciente y repentina subida del precio
del petróleo, los combustibles fósiles tales como el petróleo y el
gas natural no podrán ser usados como fuente de energía barata
dentro de veinte a treinta años. Consiguientemente, se ha solicitado
encontrar una nueva fuente de energía y un nuevo combustible que ni
emita dióxido de carbono, ni dependa del combustible fósil
limitado.
\vskip1.000000\baselineskip
Como energía alternativa para reemplazar la
energía de combustibles fósiles tales como petróleo y gas natural,
se están haciendo estudios actualmente sobre la energía del carbón,
la energía de la biomasa, la energía nuclear, y la energía natural,
tal como la energía eólica y la energía solar.
En el caso de usar energía del carbón como
energía alternativa, se libera una gran cantidad de dióxido de
carbono por la combustión del carbón y esto ya se ha dicho que
resulta ser un problema. Para resolver este problema, se ha
propuesto recoger el dióxido de carbono de la combustión del carbón
y almacenar el dióxido de carbono recogido bajo tierra, y están
siendo llevados a cabo numerosos proyectos de investigación con
relación a este asunto. Sin embargo, el almacenamiento estable a
largo plazo del dióxido de carbono no es seguro y también, los
lugares adecuados para su almacenamiento están distribuidos de modo
desigual. Además, el elevado coste requerido para la recuperación y
transferencia del dióxido de carbono y la inyección del dióxido de
carbono bajo tierra resultarán un problema. Además, la posibilidad
de que la combustión de carbón genere un problema medioambiental
debido a la generación de óxido de azufre (SO_{4}), humo y
similares resultará también un problema.
La energía de la biomasa como energía
alternativa, particularmente el biocombustible que principalmente
comprende etanol, está atrayendo mucha atención. Sin embargo, es
necesaria una gran cantidad de energía para la producción y
concentración de etanol a partir de las plantas, y esto es a veces
desventajoso desde el punto de vista de la eficiencia energética.
Además, en el caso de usar maíz, soja, caña de azúcar o similares
como materia prima para biocombustible, como estos son usados desde
luego como comida y alimento, se incurre en una escalada del precio
de comida y alimento. Por consiguiente, la biomasa no puede ser
considerada como una fuente de energía sustancial excepto para
regiones especiales tales como Brasil.
El uso de energía nuclear como fuente de energía
alternativa no se espera que tenga un progreso grande y mundial,
debido a que no se ha encontrado una solución satisfactoria para el
tratamiento de residuos radiactivos procedentes de las centrales
nucleares y hay muchas opiniones contrarias basadas en el temor a la
proliferación nuclear. En su lugar, el uso de energía nuclear como
energía alternativa disminuirá a largo plazo con un aumento de la
abolición de los reactores nucleares viejos.
Como se ha descrito antes, toda la energía del
carbón, energía de la biomasa y energía nuclear no se puede decir
que tengan éxito en la resolución de los problemas de sostenibilidad
y la generación de dióxido de carbono que conduce al calentamiento
global. Consiguientemente, la energía natural tal como energía
eólica y energía solar es considerada es considerada como una fuente
de energía ideal.
En relación al uso de energía eólica como
energía alternativa, las centrales de generación de energía eólica
se han extendido recientemente por todo el mundo. Sin embargo, los
lugares adecuados que tienen un viento estable y sin peligro de
tifones, huracanes, tormentas eléctricas o similares, o en los que
el ruido generado desde un molino de viento no resulte un problema,
son limitados. Por consiguiente, la energía eólica es insuficiente
por si misma, aunque sea un fuerte candidato para la energía
alternativa.
Se cree que la energía solar es una energía
natural más estable e intensiva como energía alternativa.
Particularmente, hay extensos desiertos cerca del ecuador
denominados el Cinturón del Sol del globo, y la energía solar ahí es
casi inagotable. A este respecto, se ha asumido que puede obtenerse
tanta energía como 7.000 GW mediante el uso de un pequeño porcentaje
del área de los desiertos que se extienden en el área suroeste de
los Estados Unidos de Norteamérica, y que la totalidad de la energía
para todos los seres humanos puede ser suministrada mediante el uso
de sólo un pequeño porcentaje del área de los desiertos de la
Península Arábiga y del Norte de África.
\newpage
De este modo, la energía solar es muy potente
como energía alternativa, sin embargo, desde un punto de vista de
uso práctico, se ha considerado necesario resolver los problemas de
que (1) la densidad de energía de la energía solar es baja y (2) el
almacenamiento y transferencia de energía solar son difíciles.
Para el problema de que la densidad de energía
de la energía solar es baja, se ha propuesto una resolución
recogiendo la energía solar por medio de un colector masivo. Sin
embargo, el almacenamiento y transporte de la energía solar son muy
difíciles en particular cuando la distancia de transporte es larga y
la cantidad de energía es
grande.
grande.
La energía solar es convertida generalmente en
energía eléctrica como energía secundaría directamente mediante una
célula solar o indirectamente mediante una turbina de vapor o
similar, y convertida así en una forma conveniente para uso y
transporte. Cuando la energía solar es convertida en potencia
eléctrica, la energía de la potencia eléctrica puede ser transferida
a una línea de transmisión de potencia eléctrica, y por ello el
problema de transferencia de energía es superado en principio. Sin
embargo, en el caso en el que una central para obtener energía de
potencia eléctrica a partir de energía solar es instalada en una
región desértica rica en energía solar, una línea nueva de
transmisión de potencia eléctrica de alta capacidad necesita ser
construida y mantenida, pero esto es difícil en muchos casos.
Además, se ha pensado que es muy difícil transferir la energía de
potencia eléctrica obtenida a partir de energía solar, por ejemplo
en una central en una región desértica a otro continente o isla a
través del
océano.
océano.
El almacenamiento de la energía eléctrica a
veces resulta un problema. El desarrollo de una batería para
almacenar energía eléctrica es un tema principal existente
previamente y está siendo seguido en todo el mundo. Sin embargo,
incluso la batería de iones de litio más avanzada no es
satisfactoria con respecto al almacenamiento de una gran cantidad de
energía eléctrica, y una batería en particular para una gran
cantidad de energía eléctrica necesita ser desarrollada en términos
de seguridad. También, en la central para obtener energía de
potencia eléctrica a partir de energía solar, se requieren una
unidad de almacenamiento térmico masivo, una caldera auxiliar y
similar, así como la batería, en caso de que la generación de
energía resulte difícil debido al mal tiempo o similar, y esto
constituye un enrome coste de construcción.
También se han hecho estudios para convertir
energía solar como la energía primaria a hidrógeno como la energía
secundaria, y sintetizar amoníaco, metano o similares usando el
hidrógeno obtenido como una materia prima (Publicación de Patente
Japonesa Abierta Nº 2006-319291).
El hidrógeno está atrayendo la atención como
energía limpia, pero de modo similar a la energía eléctrica, su
almacenamiento es un problema fundamental. Para el suministro a una
célula de combustible, se ha realizado recientemente mucha
investigación sobre el almacenamiento de hidrógeno, y está
resultando evidente que la aplicación práctica del mismo no es
fácil. También, para la transferencia de hidrógeno, la construcción
de tuberías de hidrógeno es más difícil que la construcción de
líneas de transmisión de energía eléctrica. En particular, la
construcción de una infraestructura de red de tuberías de hidrógeno
para el suministro a usuarios es difícil. Además, el hidrógeno
líquido debe ser almacenado a -253ºC, y por ello el almacenamiento
de hidrógeno líquido no puede ser considerado actualmente, excepto
para usos especiales tales como el desarrollo espacial.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se ha descrito antes, aunque se han
realizado esfuerzos para convertir la energía solar como la última
energía sostenible en energía eléctrica, hidrógeno o similares como
la energía secundaria actualmente en todo el mundo, hay grandes
problemas en el almacenamiento y transferencia de tal energía
secundaria. A menos que los problemas relativos al almacenamiento y
transferencia de la energía sean superados, la distribución mundial
así como su uso en un cuerpo móvil tal como un vehículo, avión o
barco serán muy difíciles de alcanzar.
Un objeto del presente invento es resolver el
problema de la energía solar con respecto a su almacenamiento y
transferencia, y permitir el uso mundial de energía solar, y
resolver por ello el problema de emisión de dióxido de carbono que
es un gas invernadero y el problema del agotamiento del
petróleo.
Un primer conjunto de métodos que pretenden
alcanzar el objeto antes descrito se ha descrito a continuación como
(A1) a (A20).
(A1) Un método para convertir energía solar
térmica obtenida en una primera región a energía de potencia motriz
usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad
de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
sintetizar amoníaco a partir de aire y agua
usando, como una fuente de energía, sólo la energía solar térmica
adquirida en la primera región,
transferir el amoníaco desde la primera región a
la segunda región, y
\newpage
quemar el amoníaco en la segunda región de tal
forma que se produzcan nitrógeno y agua, obteniendo por ello la
energía de potencia motriz.
(A2) El método descrito en (A1) anterior puede
incluir en la operación de transferencia, usar el amoníaco como un
combustible para obtener al menos una parte de la energía eléctrica
y/o potencia motriz necesaria para realizar la transferencia.
(A3) El método descrito en (A1) o (A2) anterior
puede incluir liberar el nitrógeno y el agua producidos en la
operación de combustión a la atmósfera y a continuación
reutilizarlos como fuente de amoníaco en la operación de
síntesis.
(A4) El método descrito en cualquiera de (A1) a
(A3) anterior puede incluir adquirir la energía de potencia motriz
usando un motor de combustión interna.
(A5) El método descrito en cualquiera de (A1) a
(A4) anterior puede incluir, en la operación de sintetizar el
amoníaco:
(1) realizar una reacción para producir
hidrógeno a partir de agua usando una parte de la energía solar
térmica adquirida; y
(2) realizar una reacción para sintetizar
amoníaco a partir del nitrógeno y del hidrógeno obtenidos en la
operación (1), usando otra parte de la energía solar térmica
adquirida.
(A6) El método descrito en cualquiera de (A1) a
(A5) anterior puede incluir obtener al menos una parte de la energía
eléctrica y/o potencia motriz necesaria para realizar la operación
de síntesis usando la energía solar térmica adquirida.
(A7) El método descrito en cualquiera de (A1) a
(A6) anterior puede incluir obtener al menos una parte de la energía
eléctrica, potencia motriz y/o calor necesario para realizar la
operación de síntesis usando el amoníaco sintetizado como un
combustible.
(A8) El método descrito en cualquiera de (A5) a
(A7) anterior puede incluir en la operación (1), realizar la
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía
solar térmica adquirida directamente como una fuente de calor.
(A9) El método descrito en (A8) anterior puede
incluir obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada
como una fuente de calor en la operación (1) mediante un colector
parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo
torre.
(A10) El método descrito en (A6) o (A7) anterior
también incluye en la operación (1), realizar la reacción para
producir hidrógeno a partir de agua usando la energía eléctrica como
una fuente de calor.
(A11) El método descrito en (A6) o (A7) anterior
puede incluir en la operación (1), realizar la reacción para
producir hidrógeno a partir de agua electrolizando agua con el uso
de la energía eléctrica.
(A12) El método descrito en (A10) o (A11)
anterior puede incluir adquirir la energía solar térmica por un
colector parabólico de tipo artesa.
(A13) El método descrito en cualquiera de (A5) a
(A12) anterior puede incluir en la operación (2), sintetizar
amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar
térmica adquirida directamente como una fuente de calor y/o como una
fuente de potencia motriz.
(A14) El método descrito en (A13) anterior puede
incluir obtener la energía solar térmica usada como una fuente de
calor en la operación (2) por un colector parabólico de tipo
artesa.
(A15) El método descrito en cualquiera de (A5) a
(A7) anterior puede incluir en la operación (1), realizar la
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía
solar térmica adquirida directamente como una fuente de calor;
obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada como
una fuente de calor en la operación (1) por un colector parabólico
con forma de plato y/o un colector solar de tipo torre; en la
operación (2), realizar la reacción para sintetizar amoniaco a
partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar térmica
adquirida directamente como una fuente de calor y/o como una fuente
de potencia motriz; y, obtener la energía solar térmica usada como
una fuente de calor en la operación (2) por un colector parabólico
de tipo artesa.
(A16) El método descrito en (A6) a (A7) anterior
puede incluir obtener el nitrógeno sometiendo al aire a una
separación criogénica usando la energía eléctrica y/o la potencia
motriz.
(A17) El método descrito en una cualquiera de
(A5) a (A15) anterior puede incluir obtener el nitrógeno quemando el
hidrógeno obtenido en la operación (1) para consumir el oxígeno del
aire.
(A18) Un método para usar energía solar térmica
obtenida en una primera región, como energía de potencia motriz
usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad
de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
sintetizar amoníaco a partir de aire y agua
usando, como fuente de energía, sólo la energía solar térmica
adquirida en la primera región; y,
transferir el amoníaco a la segunda región con
el fin de obtener energía de potencia motriz quemando el amoníaco de
tal forma que se produzca nitrógeno y agua.
(A19) Un método para usar energía solar térmica
obtenida en una primera región, como energía de potencia motriz
usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad
de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
recibir, en la segunda región, amoníaco
sintetizado a partir de aire y agua usando, como fuente de energía,
sólo la energía solar térmica adquirida en la primera región; y
quemar el amoníaco de tal modo que el nitrógeno
y el agua sean producidos en la segunda región, obteniendo por ello
energía de potencia motriz.
(A20) Un método para convertir energía solar
térmica obtenida en una primera región en energía de potencia motriz
usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad
de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
recoger la luz solar para adquirir energía solar
térmica por medio de un aparato de adquisición de energía solar
térmica en la primera región;
sintetizar amoníaco a partir de aire y agua
usando, como fuente de energía, sólo la energía solar térmica
adquirida por un aparato de síntesis de amoníaco en la primera
región;
licuar el amoníaco por medio de un aparato de
licuación de amoniaco en la primera región;
transferir el amoniaco licuado por medio de un
aparato de transporte de amoníaco desde la primera región a la
segunda región; y
quemar el amoníaco por medio de un aparato de
generación de energía de potencia motriz en la segunda región de tal
modo que se produzca nitrógeno y agua, obteniendo por ello energía
de potencia.
Un segundo conjunto de métodos que pretende
alcanzar el objeto antes descrito se ha descrito a continuación como
(B1) a (B14).
(B1) Un método para almacenar energía solar
térmica incluye:
- (a)
- adquirir energía solar térmica;
- (b)
- realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando una parte de la energía solar térmica adquirida; y
- (c)
- realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno y el hidrógeno obtenido en la operación (b), usando otra parte de la energía solar térmica adquirida.
(B2) El método descrito en (B1) anterior puede
incluir obtener al menos una parte de la energía eléctrica y/o
potencia motriz necesaria para realizar el método usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a).
(B3) El método descrito en (B1) o (B2) anterior
puede incluir obtener al menos una parte de la energía eléctrica, la
potencia motriz y/o el calor necesarios para realizar el método
usando el amoniaco sintetizado como un combustible.
(B4) El método descrito en una cualquiera de
(B1) a (B3) anterior puede incluir usar sólo la energía solar
térmica adquirida en la operación (a) como una fuente de
energía.
(B5) El método descrito en una cualquiera de
(B1) a (B4) anterior puede incluir en la operación (b), realizar la
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una
fuente de calor.
(B6) El método descrito en (B5) anterior puede
incluir obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada
como una fuente de calor en la operación (b) por un colector
parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo
torre.
(B7) El método descrito en (B2) o (B3) anterior
puede incluir realizar en la operación (b), la reacción para
producir hidrógeno a partir de agua usando la energía eléctrica como
una fuente de calor.
(B8) El método descrito en (B2) o (B3) anterior
puede incluir en la operación (b), realizar la reacción para
producir hidrógeno a partir de agua electrolizando agua con el uso
de la energía eléctrica.
(B9) El método descrito en (B7) o (B8) anterior
puede incluir en la operación (a), adquirir la energía solar térmica
por un colector parabólico de tipo artesa.
(B10) El método descrito en una cualquiera de
(B1) a (B9) anterior puede incluir en la operación (c), sintetizar
amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar
térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente
de calor y/o como una fuente de potencia motriz.
(B11) El método descrito en (B10) anterior puede
incluir obtener la energía solar térmica como una fuente de calor en
la operación (c) por un colector parabólico de tipo artesa.
(B12) El método descrito en una cualquiera de
(B1) a (B4) anterior puede incluir: en la operación (b), realizar la
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una
fuente de calor; obtener al menos una parte de la energía solar
térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) por un
colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo
torre; en la operación (c), realizar la reacción para sintetizar
amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar
térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente
de calor y/o como una fuente de potencia motriz; y obtener la
energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación
(c) por un colector parabólico de tipo artesa.
(B13) El método descrito en (B2) o (B3) anterior
puede incluir obtener el nitrógeno sometiendo al aire a una
separación criogénica usando la energía eléctrica y/o la potencia
motriz.
(B14) El método descrito en una cualquiera de
(B1) a (B12) anterior puede incluir obtener el nitrógeno quemando el
hidrógeno obtenido en la operación (b) para consumir el oxígeno del
aire.
De acuerdo con los métodos antes descritos, los
problemas del calentamiento global y del agotamiento del petróleo y
gas natural pueden ser superados usando energía solar térmica casi
inagotable mediante la conversión o almacenamiento de la misma.
La fig. 1 es una vista para explicar un ejemplo
de un primer sistema de conversión.
La fig. 2 es una vista para explicar un ejemplo
de un segundo sistema de conversión.
La fig. 3 es una vista para explicar el flujo de
energía del primer sistema de conversión.
La fig. 4 es una vista esquemática que muestra
un colector parabólico con forma de plato.
La fig. 5 es una vista esquemática que muestra
un colector solar de tipo torre.
La fig. 6 es una vista esquemática que muestra
un colector parabólico de tipo artesa.
La fig. 7 es una vista que muestra un ejemplo de
equipamiento para realizar el método de almacenamiento de la energía
solar térmica.
En lo que se refiere al almacenamiento y
transferencia de energía solar, las siguientes tres sustancias son
consideradas como candidatas para un combustible líquido que puede
ser producido a partir de agua, aire y energía solar térmica y son
fáciles de almacenar y transferir:
- (1)
- peróxido de hidrógeno (H_{2}O_{2});
- (2)
- hidracina (NH_{2}NH_{2}); y,
- (3)
- amoníaco (NH_{3}).
Entre estas sustancias, en vista de su fácil
manipulación, se espera que el amoníaco sea un candidato útil. El
amoníaco es un gas muy irritante y es una sustancia deletérea que
causa daños en el sistema respiratorio cuando un gas del mismo con
una elevada concentración es inhalado. Sin embargo, en virtud de su
fuerte olor, la fuga de gas incluso en una pequeña cantidad de
aproximadamente 5 ppm, que es 1/1.000 o menos de la cantidad letal,
puede ser detectado por un ser humano, y la ocurrencia de un escape
accidental en el mercado actual es informada en raras ocasiones. Por
ejemplo, el amoníaco está siendo usado como un medio de
refrigeración para una nevera o refrigerador en un barco de pesca o
similar, junto con clorofluorocarbono, pero los accidentes fatales
debidos a la fuga de amoníaco son aproximadamente 1/10 de la
relación de muerte en la fuga de clorofluorocarbono inofensivo e
inodoro. También, el desastre por explosión durante la transferencia
de amoníaco es 1/5 o menos que para la gasolina o el gas licuado de
petróleo (LPG).
Además, la producción global de amoníaco
actualmente es de aproximadamente 150 millones de toneladas por año,
y una gran cantidad de amoníaco es usada principalmente para
fertilizantes. También a partir de tal uso actual en una gran
cantidad en el mercado, se cree que el amoníaco tiene una
receptividad social suficientemente elevada.
El amoníaco tiene características físicas
próximas a las del LPG y es licuado fácilmente bajo aproximadamente
8 atmósferas a temperatura ordinaria, y el almacenamiento y
transferencia del mismo tienen resultados satisfactorios y no son
particularmente problemáticos. También, el amoníaco es definido como
una sustancia no inflamable, y tiene una capacidad de ignición
pequeña, una baja velocidad de combustión incluso en ignición, y un
margen de combustión estrecho, y por ello, su manipulación no es
considerada como un problema particular.
La densidad de energía del amoníaco es
aproximadamente la mitad que la de la gasolina y casi igual que la
del metanol. Sin embargo, en la mezcla teórica, el valor calorífico
del amoníaco es mayor que el de la gasolina, y por lo tanto el
amoníaco es aplicable satisfactoriamente como un combustible incluso
para un cuerpo móvil. Además, el amoníaco puede ser suministrado a
una central de generación de energía termoeléctrica situada a mucha
distancia por un barco de transporte de líquidos o gases o similar,
y quemado en vez del gas natural o carbón. En este caso, se
considera que la eficiencia teórica de amoníaco sobrepasa a la del
gas natural y a la del carbón.
En la combustión de amoníaco, puede llevarse a
cabo una reacción de combustión representada por la siguiente
fórmula A:
Es decir, no se produce dióxido de carbono en la
combustión de amoníaco, y por ello no surge ningún problema relativo
al calentamiento global.
Incidentalmente, se ha descrito, por ejemplo en
La Publicación de Patente Japonesa Abierta 5-332152,
obtener la potencia motriz quemando amoníaco como antes.
Se ha descrito a continuación un sistema 1 de
conversión para convertir energía solar térmica en energía de
potencia motriz con referencia a la fig. 1.
El sistema de conversión 1 comprende un aparato
10 de adquisición de energía solar térmica para recoger la luz del
sol 200 para producir energía solar térmica, un aparato 20 de
síntesis de amoníaco para sintetizar amoníaco a partir de agua y
aire usando la energía solar térmica (se han descrito detalles de
síntesis de amoníaco más adelante con relación al método de
almacenamiento de energía solar térmica), un aparato 30 de
transporte de amoníaco, y un aparato 40 de generación de energía de
potencia motriz para quemar el amoníaco para producir energía de
potencia
motriz.
motriz.
El aparato 10 de adquisición de energía solar
térmica y el aparato 20 de síntesis de amoníaco están dispuestos en
una primera región 3, y el aparato 40 de generación de energía de
potencia motriz está dispuesto en una segunda región 3
geográficamente diferente de la primera región 3.
La reacción de síntesis de amoníaco a partir de
aire y agua es, como se ha descrito más adelante, una reacción
endotérmica en su totalidad. Por consiguiente, el aparato 20 de
síntesis de amoníaco usa la energía solar térmica como calor de
reacción para producir amoníaco (NH_{3}) y oxígeno (O_{2}) a
partir de nitrógeno (N_{2}) contenido en aire y agua (H_{2}O).
El amoniaco producido es licuado opcionalmente, y a continuación
transferido como un combustible desde la primera región 3 hasta la
segunda región 5 por el aparato 30 que transporta el amoníaco. En la
segunda región 5, el amoníaco es quemado por el aparato 40 de
generación de energía de potencia motriz de tal modo que se producen
nitrógeno y agua, por ello se producen energía de potencia motriz
240 y energía térmica 250.
El nitrógeno y el agua son sustancias
inofensivas presentes en una gran cantidad en la atmósfera. Por lo
tanto, cuando el nitrógeno y el agua producidos por la combustión
son liberados a la atmósfera, circulan según los flujos de
convección presentes en el mundo natural y pueden ser usados
nuevamente como materias primas del aparato 20 de síntesis de
amoníaco situado en la primera región 3.
El sistema 1 de conversión tiene un equilibrio
energético de introducir luz solar 200 y emitir energía de potencia
motriz 240 y energía térmica 250 y, por otro lado, tiene un
equilibrio material por el siguiente bucle de circulación:
nitrógeno +
agua \rightarrow \text{amoníaco + oxígeno}\ (\text{síntesis de
amoníaco}), y\ \text{amoníaco + oxígeno} \rightarrow nitrógeno +
agua\ (\text{combustión de
amoníaco}).
En todas las operaciones del sistema 1 de
conversión, no se requiere una sustancia química que contenga un
átomo de carbono y por ello, el dióxido de carbono (CO_{2}) no es
descargado en absoluto.
De este modo, el sistema 1 de conversión usa
amoníaco producido con el uso de aire y agua, como una sustancia de
transporte de la energía solar térmica, por ello la energía solar
térmica adquirida en la primera región 3 puede ser usada como la
energía de potencia motriz en la segunda región 5. También, el
sistema 1 de conversión realiza la conversión de energía mediante la
circulación de sustancias químicas (agua, nitrógeno del aire, y
amoníaco) cada una de las cuales no tiene ningún átomo de carbón, y
por ello no descarga dióxido de carbono en ninguna de las
operaciones del sistema.
Incidentalmente, el aparato 10 de adquisición de
energía solar térmica está dispuesto preferiblemente en una región
que tiene una gran cantidad de radiación solar, y por ello la
primera región es preferiblemente una región que tiene una cantidad
de radiación solar mayor que la segunda región en la que es usada la
energía de potencia motriz. El aparato 20 de síntesis de amoníaco
también descarga oxígeno. El oxígeno es una sustancia valiosa para
la producción de productos químicos, y por ello, puede preverse un
equipamiento que use oxígeno en la primera región.
Se ha descrito a continuación un ejemplo del
sistema de conversión 2 con referencia a la fig. 2.
Como se ha mostrado en la figura, el aparato 20
de síntesis de amoníaco comprende una planta o instalación 22 de
síntesis de amoníaco, un aparato 24 de licuación de amoníaco para
comprimir y licuar amoníaco con agua de enfriamiento y a
continuación enfriar el amoníaco licuado mediante refrigerante que
es obtenido expandiendo el amoníaco comprimido; una central 25 de
generación de energía eléctrica para generar una energía eléctrica
con el uso de una turbina de vapor que usa vapor producido por el
calor solar o con el uso de una turbina de gas (que incluye un tipo
combinado con una turbina de vapor) que usa la combustión de
amoníaco; descargar el equipo para amoníaco licuado 26; una torre de
refrigeración (no mostrada) para enfriar agua; y, un aparato de
tratamiento de agua (no mostrado) para purificar agua a partir de
agua dulce, agua de mar y similares. Incidentalmente, para la planta
22 de síntesis de amoníaco, puede hacerse referencia a la
descripción que se refiere al método siguiente de almacenamiento de
energía solar térmica.
El aparato 30 de transporte de amoníaco es un
barco de amoníaco licuado 32 en el caso de transporte marino, y un
camión cisterna 34 o una tubería 36 en el caso de transporte
terrestre.
En la segunda región 5, el amoníaco es recibido
por el equipamiento 42 que recibe amoníaco, o el amoníaco es
suministrado directamente a un aparato 40 que genera energía de
potencia motriz. El aparato 40 que genera energía de potencia motriz
(por ejemplo, turbina de gas, automóvil) adquiere la energía de
potencia motriz a partir de la combustión de amoniaco por un motor
de combustión interna.
De este modo, el sistema de conversión 2 usa
amoníaco producido a partir de aire y agua, como una sustancia de
transporte de energía solar térmica, por ello la energía solar
térmica adquirida en la primera región 3 puede ser usada como la
energía de potencia motriz en la segunda región 5. También, el
sistema de conversión 2 realiza la conversión de energía por la
circulación de sustancias químicas (agua, nitrógeno del aire, y
amoníaco) cada una de las cuales no tiene ningún átomo de carbón y
por ello, el dióxido de carbono no es descargado en el aparato 10 de
adquisición de energía solar térmica y el aparato 20 de síntesis de
amoníaco de la primera región, así como en el aparato 40 de
generación de energía de potencia motriz de la segunda región.
Se ha descrito a continuación el flujo de
energía del sistema de conversión 1 con referencia a la fig. 3.
La luz solar 200 es convertida en energía solar
térmica 210 mediante un aparato 10 de adquisición de energía solar
térmica. La energía solar térmica 210 es convertida en energía
química 220 como energía potencial de amoníaco por un aparato 20 de
síntesis de amoníaco. Una parte 215 de la energía solar térmica 210
es usada como una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o
una fuente de energía eléctrica en el aparato 20 de síntesis de
amoníaco.
La energía química 220 es transferida por un
aparato 30 de trasporte de amoníaco desde la primera región 3 hasta
la segunda región 5. En la transferencia, el aparato 30 de
transporte de amoníaco puede usar una parte de la energía química
220 (es decir, la energía obtenida quemando una parte del amoníaco
transferido por un motor de combustión interna del aparato 30 de
transporte de amoniaco) como energía de transferencia 225 (es decir,
al menos parte de la energía eléctrica y/o potencia motriz necesaria
para el transporte). En este caso, la energía química 220 es
consumida parcialmente por el aparato 30 de transporte de amoníaco,
y después de la transferencia a la segunda región 5, resulta energía
química 230.
La energía química 230 es convertida en energía
de potencia motriz 240 y energía térmica 250 mediante un aparato 40
que genera energía de potencia motriz que quema el amoníaco de tal
modo que se producen nitrógeno y agua. (Aunque no se ha mostrado, la
energía calorífica residual puede ser generada en el aparato 20 de
síntesis de amoníaco y el aparato 30 de transporte de amoníaco).
De este modo, usando la energía química del
amoníaco, la luz solar 200 introducida en la primera región 3 es
transferida a la segunda región 5 en forma de energía de potencia
motriz 240 y energía térmica 250. El sistema de conversión 1 no
requiere el uso de una fuente de energía diferente a la luz solar
200. Por consiguiente, el sistema de conversión 1 permite convertir
la energía solar térmica 210 en energía de potencia motriz 240 sin
descargar dióxido de carbono en ninguna de las operaciones del
sistema.
El método para almacenar energía solar térmica
comprende: (a) adquirir energía solar térmica; (b) realizar una
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando una parte
de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una parte de
una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o una fuente de
energía eléctrica, particularmente usando la energía directamente
como una fuente de calor o como una fuente de energía eléctrica; y,
(c) realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del
nitrógeno y del hidrógeno obtenido en la operación (b) usando otra
parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una
fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o una fuente de
energía eléctrica, usando particularmente la energía como una fuente
de calor y/o una fuente de potencia motriz.
De acuerdo con este método de almacenamiento de
energía, el amoníaco es sintetizado usando energía solar térmica, de
modo que la energía solar térmica pueda ser almacenada en forma de
energía química del amoníaco.
En una realización preferida de este método, al
menos una parte de la energía eléctrica y/o potencia motriz
necesaria para realizar este método es obtenida usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a). En otra realización
preferida, al menos una parte de la energía eléctrica, potencia
motriz y/o calor necesario para realizar este método es obtenida
usando el amoníaco sintetizado como un combustible. En aún otra
realización preferida, sólo la energía solar térmica adquirida en la
operación (a) es usada como una fuente de energía.
Ejemplos de la energía eléctrica necesaria para
realizar este método incluyen energía eléctrica usada en el
accionamiento de una bomba/compresor para hacer fluir y/o comprimir
un fluido tal como una materia prima, y energía eléctrica para
calentar adicionalmente la fuente de calor. Ejemplos de la potencia
motriz necesaria para realizar este método incluyen potencia motriz
usada en el accionamiento de una bomba/compresor para hacer fluir
y/o comprimir un fluido tal como una materia prima. Ejemplos del
calor necesario para realizar este método incluyen calor para
calentar adicionalmente la fuente de calor. Con el fin de elevar la
temperatura de la fuente de calor a una temperatura que es mayor que
la obtenida directamente por la energía solar térmica, a veces es
preferible suministrar una parte de la energía térmica para la
fuente de calor por energía eléctrica.
De acuerdo con estas realizaciones, el método
puede ser realizado mientras se reduce o preferiblemente se elimina
el uso de combustibles fósiles tradicionales tales como
petróleo.
La reacción entera en la síntesis de amoníaco a
partir de agua y nitrógeno está representada por la siguiente
fórmula (B):
En el método de almacenamiento de la energía
solar térmica, el amoníaco (NH_{3}) es sintetizado a partir de
agua (H_{2}O) y nitrógeno (N_{2}) mediante una reacción entre
hidrógeno (H_{2}) y nitrógeno (N_{2}) usando la energía solar
térmica como una fuente de energía para la reacción. A continuación
se ha descrito detalladamente el método de almacenamiento de la
energía solar térmica.
En el método de almacenamiento de la energía
solar térmica, la energía solar térmica es adquirida en la operación
(a).
En la operación (a), puede usarse cualquier
colector de luz para adquirir energía solar térmica. Por ejemplo,
pueden ser usados los colectores de luz siguientes (1) a (3).
El colector de tipo parabólico con forma de
plato 140 mostrado en la fig. 4 comprende una parte de reflector con
forma de plato 141 para recoger luz por reflexión de la luz solar
200, y una parte 142 receptora de luz para recibir la luz recogida.
La energía solar térmica es adquirida en esta parte 142 que recibe
la luz. La energía solar térmica obtenida en la parte 142 receptora
de la luz puede ser transferida a una porción apropiada usando
opcionalmente un medio calorífico tal como metal alcalino fundido
(por ejemplo, sodio metálico fundido), sal fundida, aceite y
vapor.
El colector de luz de este tipo es adecuado para
una central relativamente pequeña y es usado preferiblemente en la
gama de energía solar térmica de aproximadamente desde 10 Kw hasta
varios cientos de Kw. En general, el colector de luz de este tipo
tiene una elevada potencia de recogida de luz, y puede obtenerse una
fuente de calor de alta temperatura de 2.000ºC o más, pero el coste
es relativamente elevado.
El colector solar de tipo de torre 150 mostrado
en la fig. 5 comprende una pluralidad de heliostatos (partes
reflectoras) 151 para recoger luz por reflexión de la luz solar 200,
y una parte 153 receptora de la luz para recibir la luz recogida. La
energía solar térmica es adquirida en esta parte 153 receptora de la
luz. La parte 153 receptora de la luz está dispuesta en la parte
superior de la torre 152 receptora de la luz. La energía solar
térmica obtenida en la parte 153 receptora de la luz puede ser
transferida a una porción apropiada usando opcionalmente un medio
calorífico.
El colector de luz de este tipo es adecuado para
una central grande de 10 Mw a varios cientos de Mw. En general, el
colector de luz de este tipo tiene una gran potencia de recogida de
luz, y puede obtenerse una fuente de calor de alta temperatura de
varios miles de ºC, pero el coste de construcción de la torre es
elevado y se requiere una técnica de alto nivel para controlar los
reflectores de espejo.
El colector parabólico de tipo artesa 160
mostrado en la fig. 6 comprende una parte 161 de reflector de artesa
para recoger luz reflejando la luz solar 200 y una parte 162
receptora de la luz para recibir la luz recogida. La energía solar
térmica es adquirida en esta parte 162 receptora de la luz. La
energía solar térmica obtenida en la parte 162 receptora de la luz
puede ser transferida a una parte apropiada conduciendo
opcionalmente un medio calorífico a través de un trayecto 163 de
flujo de medio calorífico.
El colector de luz de este tipo disfruta de una
estructura simple y un coste bajo, y es adecuado para una central
grande de varios cientos de Mw generalmente, pero la potencia de
recogida de la luz es baja y la fuente de calor obtenida es una
fuente de calor de baja temperatura de 400 a 500ºC.
De este modo, cada colector de luz tiene
ventajas y desventajas. Por consiguiente, en el método de
almacenamiento de energía, puede usarse cualquiera de estos
colectores de luz o una combinación de los mismos. Específicamente,
la energía solar térmica para una fuente de calor de alta
temperatura puede ser obtenida por un colector de luz que tiene una
gran potencia de recogida de luz (por ejemplo un colector parabólico
con forma de plato y/o un colector solar de tipo de torre) y al
mismo tiempo, la otra energía solar térmica, por ejemplo energía
solar térmica para una fuente de calor de baja temperatura o
generación de potencia motriz y/o energía eléctrica puede ser
obtenida por un colector de luz que tiene una pequeña potencia de
recogida de luz (por ejemplo un colector parabólico de tipo
artesa).
Por ejemplo, la energía solar térmica obtenida
mediante un colector de luz que tiene una gran potencia de recogida
de luz puede ser ajustada para ser un 1/2 o menos, por ejemplo desde
1/3 hasta 1/2, de la energía solar térmica total obtenida por un
colector de luz que tiene gran potencia de recogida de luz y un
colector de luz que tiene poca potencia de recogida de luz. En vista
del coste del equipamiento colector completo, es preferible a veces
que la relación de un colector de luz que tiene gran potencia de
recogida
\hbox{de luz, generalmente con costes elevados, esté
limitada de este modo.}
En el método de almacenamiento de energía solar
térmica, es realizada una reacción para producir hidrógeno a partir
de agua en la operación (b) usando una parte de la energía solar
térmica adquirida, usando particularmente sólo la energía solar
térmica adquirida, como una fuente de energía.
En la operación (b), para obtener hidrógeno a
partir de agua, puede usarse cualquier método. Específicamente, por
ejemplo los siguientes procesos de división de agua (1) a (3) son
bien conocidos, junto con electrólisis de agua. Estos procesos se
focalizan sobre el descenso de la temperatura de reacción requerida
para la reacción de descomposición del agua.
Este es el proceso más fundamental, y el agua es
descompuesta directamente en hidrógeno y oxígeno a una temperatura
elevada de acuerdo con la reacción representada por la fórmula 1
siguiente:
Esta reacción originalmente requiere una
temperatura de varios miles de ºC, pero puede ser lograda a una
temperatura de alrededor de los 2.000ºC usando un catalizador.
Con el fin de disminuir la temperatura requerida
en la reacción mostrada por la fórmula (1) anterior, hay un proceso
de descomposición de agua a través de la mediación de una tercera
sustancia. Un ejemplo representativo del mismo es un proceso de
realizar la descomposición a través de la mediación de zinc. En este
caso, las reacciones son las siguientes:
Este proceso requiere dos tipos de fuentes de
calor: una fuente de calor de alta temperatura (aproximadamente
1.500ºC), y una fuente de calor de baja temperatura (400ºC).
En cuanto al método para disminuir
adicionalmente la temperatura de reacción más que en el proceso (2)
anterior, se conoce un proceso de ciclo I-S y las
reacciones del mismo son las siguientes:
Este proceso requiere dos tipos de fuentes de
calor: una fuente de calor de alta temperatura (950ºC) y una fuente
de calor de baja temperatura (400ºC).
Como se ha descrito antes, al menos en una parte
de estas reacciones de (1) a (3) para producir hidrógeno a partir de
agua usando calor, se requiere una fuente de calor que tiene una
temperatura relativamente elevada.
Esta fuente de calor que tiene una temperatura
relativamente elevada puede ser proporcionada usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una
fuente de calor. En este caso, al menos una parte de la energía
solar térmica requerida puede ser obtenida por un colector de luz
que tiene una gran potencia de recogida de luz, por ejemplo un
colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo
torre.
También, con el fin de obtener esta fuente de
calor que tiene una temperatura relativamente elevada, puede usarse
energía eléctrica, energía eléctrica particularmente obtenida usando
la energía solar térmica adquirida en la operación (a), o energía
eléctrica obtenida usando el amoníaco sintetizado como un
combustible. Además, en el caso de obtener hidrógeno sin usar una
fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada, es
decir en el caso de obtener hidrógeno por la electrólisis de agua,
puede usarse energía eléctrica, energía eléctrica obtenida
particularmente usando la energía solar térmica adquirida en la
operación (a), o energía eléctrica obtenida usando el amoníaco
sintetizado como un combustible.
De este modo, en el caso de proporcionar una
fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada
usando energía eléctrica o en el caso de hidrolizar agua usando
energía eléctrica, la adquisición de energía solar térmica en la
operación (a) puede ser realizada por un colector de luz que tiene
poca potencia de recogida de luz, por ejemplo por un colector
parabólico de tipo artesa. Esto es preferido con vistas al coste del
equipamiento colector completo.
En el método de almacenamiento de la energía
solar térmica, una reacción para producir amoníaco a partir de
nitrógeno y el hidrógeno obtenido en la operación (b) es realizada
en la operación (c) usando una parte de la energía solar térmica
adquirida, usando particularmente sólo la energía solar térmica
adquirida, como una fuente de energía.
En la operación (c), la síntesis de amoníaco a
partir de nitrógeno e hidrógeno puede ser lograda por cualquier
método.
Aproximadamente hace cien años, Haber y Bosch en
Alemania obtuvieron el primer éxito en la producción en serie de
amoniaco por síntesis química, y el amoníaco contribuye como un
fertilizante de nitrógeno a la producción aumentada de alimentos. El
proceso Haber-Bosch es una reacción endotérmica
mostrada a continuación, y debido a su simplicidad y eficiencia
relativamente elevada, está siendo usado aun en la actualidad
fundamentalmente sin ningún cambio, y este proceso puede ser usado
también en el método de almacenamiento de energía.
Como se ha mostrado en la fórmula, una fuente de
calor que tiene una temperatura relativamente baja (400ºC) es usada
en esta reacción. Incidentalmente, esta reacción ha sido realizada
hasta ahora usando un catalizador de hierro, pero en los últimos
años, también se ha usado rutenio con el fin de disminuir
adicionalmente la temperatura de reacción. En el caso en el que la
temperatura de reacción es baja, el rendimiento de amoniaco resulta
elevado como se ha indicado por la teoría del equilibrio y por ello,
también se han realizado estudios con el fin de disminuir la
temperatura de reacción.
La fuente de calor que tiene una temperatura
relativamente baja para esta reacción y/o la potencia motriz para
esta reacción puede ser proporcionada usando la energía solar
térmica adquirida en la operación (a). En este caso, la energía
solar térmica requerida puede ser obtenida por un colector de luz
que tiene poca potencia de recogida de luz, por ejemplo por un
colector parabólico de tipo artesa.
Incidentalmente, con el fin de obtener nitrógeno
para el método de almacenamiento de la energía solar térmica, son
aplicables los métodos siguientes (1) y (2).
En este método, el aire es comprimido bajo
enfriamiento para producir aire líquido, y el nitrógeno es separado
del aire líquido usando la diferencia en el punto de ebullición
entre oxígeno y nitrógeno. En este método, se ha obtenido nitrógeno
de elevada pureza, pero se requieren un equipamiento a gran escala y
una cantidad de energía relativamente grande.
Para esta separación criogénica del aire, puede
obtenerse la energía eléctrica y/o la potencia motriz usando la
energía solar térmica adquirida en la operación (a), o puede usarse
la energía eléctrica y/o la potencia motriz obtenida usando amoníaco
sintetizado como un combustible. También en esta operación, la
producción de dióxido de carbono debido al uso de combustibles
fósiles puede ser reducida o preferiblemente eliminada.
En plantas de amoníaco tradicionales que usan un
gas natural, el oxígeno del aire es consumido en la operación de
reformado para obtener hidrógeno, y el monóxido de carbono y el
dióxido de carbono son eliminados por absorción del gas mezclado
restante, por ello se obtiene un gas de nitrógeno. Este método puede
ser usado también en el método de almacenamiento de energía, pero en
este caso, se requiere a veces, un tratamiento de purificación para
reducir las concentraciones de monóxido de carbono y de dióxido de
carbono contenidos en el gas nitrógeno a 10 ppm o menos. Si no se
realiza este tratamiento, el monóxido de carbono y el dióxido de
carbono pueden adsorber al catalizador de síntesis de amoníaco para
acelerar el deterioro del catalizador.
(3) Por otro lado, en una realización del método
de almacenamiento de energía, un gas de nitrógeno puede también ser
producido quemando el hidrógeno producido (H_{2}) con aire
(4N_{2}+O_{2}) como se ha mostrado en la fórmula 7 siguiente y
consumiendo por ello el oxígeno del aire:
En este caso, como el producto de combustión es
sólo agua, y el monóxido de carbono y el dióxido de carbono no son
producidos como producto de combustión, el requisito para la
eliminación de monóxido de carbono y de dióxido de carbono es
reducido, o dependiendo del caso, es eliminado. Incidentalmente,
esta reacción es una reacción exotérmica y, si se desea, la potencia
motriz o similar requerida para el método de almacenamiento de
energía puede también ser creada usando la energía térmica generada
aquí.
Un ejemplo del método de almacenamiento de
energía solar térmica puede ser realizado usando el equipamiento
mostrado en la fig. 7.
En el equipamiento mostrado en la fig. 7, la
energía solar térmica es adquirida por un colector solar 150 de tipo
torre que tiene una potencia de recogida de luz relativamente
grande, y la energía solar térmica obtenida aquí es transferida al
aparato de reacción 171 por una tubería 178 para que fluya una sal
fundida como un medio calorífico. También, la energía solar térmica
es adquirida por un colector parabólico de tipo artesa 160 que tiene
una potencia de recogida de luz relativamente pequeña, y la energía
solar térmica obtenida aquí es transferida al aparato de reacción
171 por una tubería 179 para que fluya vapor como un medio
calorífico.
En el aparato de reacción 171, es realizada una
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando, como una
fuente de calor de alta temperatura, la energía térmica alimentada
desde el colector solar de tipo torre 150 que tiene una potencia de
recogida de luz relativamente grande, y usando, como una fuente de
calor de baja temperatura y/o una fuente de potencia motriz, la
energía térmica suministrada desde el colector parabólico de tipo
artesa 160 que tiene una potencia de recogida de luz relativamente
pequeña, de este modo se obtiene hidrógeno.
También, es adquirida la energía solar térmica
por un colector parabólico de tipo artesa 160 que tiene una potencia
de recogida de luz relativamente pequeña y transferida a un aparato
de reacción 173 por una tubería 179 para que fluya el vapor como un
medio calorífico. En el aparato de reacción 173, se realiza una
reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno
usando la energía solar térmica como una fuente de calor y/o una
fuente de potencia motriz, por ello es obtenido el amoníaco. El
nitrógeno suministrado al aparato de reacción 173 es obtenido
separando criogénicamente aire en un aparato de separación
criogénica 172, y el hidrógeno suministrado al aparato de reacción
173 es obtenido en el aparato de reacción 171.
Es decir, en el método de este ejemplo, sólo la
energía de la luz solar 200, el agua (H_{2}O) y el aire son
suministrados al sistema de equipamiento 700 para realizar el método
de almacenamiento de energía solar térmica, y es obtenido amoníaco
(NH_{3}) del mismo. Por consiguiente, en este ejemplo, la energía
solar térmica es almacenada en forma de energía química de amoníaco,
y no está implicada la generación de dióxido de carbono.
El amoníaco obtenido en el aparato de reacción
173 es licuado opcionalmente por un aparato de licuado 174 y a
continuación almacenado en un depósito de almacenamiento 175 hasta
su transporte. La energía solar térmica puede ser usada también como
una fuente de potencia motriz para el aparato de licuado.
En el ejemplo mostrado en la fig. 7, otro
colector de luz que tiene una potencia de recogida de luz
relativamente grande, por ejemplo un colector parabólico con forma
de plato, puede ser usado en lugar del colector solar de tipo torre
150. También, puede usarse sólo una clase de un colector de luz
puede en lugar de usar dos tipos de colectores de luz: colector
solar de tipo torre 150 y colector parabólico de tipo artesa
160.
Claims (14)
1. Un método para almacenar energía solar
térmica que comprende: (a) adquirir energía solar térmica; (b)
realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua
usando una parte de la energía solar térmica adquirida; y (c)
realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del
nitrógeno y el hidrógeno obtenido en la operación (b), usando otra
parte de la energía solar térmica adquirida.
2. El método según la reivindicación 1ª, en el
que al menos una parte de la energía eléctrica y/o potencia motriz
necesaria para realizar el método es obtenida usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a).
3. El método según la reivindicación 1ª o 2ª, en
el que al menos una parte de la energía eléctrica, la potencia
motriz y/o el calor necesarios para realizar el método es obtenido
usando el amoníaco sintetizado como un combustible.
4. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que sólo la energía solar térmica
adquirida en la operación (a) es usada como una fuente de
energía.
5. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 4ª, en el que en la operación (b), la reacción
para producir hidrógeno a partir de agua es realizada usando la
energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente
como una fuente de calor.
6. El método según la reivindicación 5ª, en el
que al menos una parte de la energía solar térmica usada como una
fuente de calor en la operación (b) es obtenida por un colector
parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo
torre.
7. El método según la reivindicación 2ª o 3ª, en
el que en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a
partir de agua es realizada usando la energía eléctrica como una
fuente de calor.
8. El método según la reivindicación 2ª o 3ª, en
el que en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a
partir de agua es realizada electrolizando agua con el uso de la
energía eléctrica.
9. El método según la reivindicación 7ª u 8ª, en
el que en la operación (a), la energía solar térmica es adquirida
por un colector parabólico de tipo artesa.
10. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 9ª, en el que en la operación (c), el amoníaco
es sintetizado a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía
solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una
fuente de calor y/o como una fuente de potencia motriz.
11. El método según la reivindicación 10ª, en el
que la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la
operación (c) es obtenida por un colector parabólico de tipo
artesa.
12. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 4ª, en el que en la operación (b), la reacción
para producir hidrógeno a partir de agua es realizada usando la
energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente
como una fuente de calor; al menos una parte de la energía solar
térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) es
obtenida por un colector parabólico con forma de plato y/o un
colector solar de tipo torre; en la operación (c), la reacción para
sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno es realizada
usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a)
directamente como una fuente de calor y/o como una fuente de
potencia motriz; y la energía solar térmica usada como una fuente de
calor en la operación (c) es obtenida por un colector parabólico de
tipo artesa.
13. El método según la reivindicación 2ª o 3ª,
en el que el nitrógeno es obtenido sometiendo al aire a una
separación criogénica usando la energía eléctrica y/o la potencia
motriz.
14. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 12ª, en el que el nitrógeno es obtenido
quemando el hidrógeno obtenido en la operación (b) para consumir el
oxígeno del aire.
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