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Evaluación de la sostenibilidad energética de la generación de combustible de aviación por electrorreducción de dióxido de carbono con Fischer-Tropsch

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Treballs Finals del Màster d’Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica, Facultat de Física, Universitat de Barcelona. Curs: 2022-2023. Tutor: Jordi Guilera Sala

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El escenario de calentamiento global debido a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) enfrenta al mundo al reto de limitar el uso de los combustibles fósiles sin disminuir la calidad de vida. Mientras el transporte es uno de los principales contribuyentes de las emisiones de GEI, la aviación es responsable de casi el 14 % de esta (aproximadamente un 4 % del total de las emisiones de CO2). En esta coyuntura, es menester encontrar alternativas sostenibles.
Mientras que el transporte terrestre presenta rápidas mejoras para lograr los objetivos de descarbonización, como el uso de motores eléctricos o incluso el hidrógeno, la aviación no puede sacar provecho de las mismas debido a limitaciones técnicas como el peso de las baterías o las limitadas distancias que pueden realizar los vuelos.
Por lo tanto, los combustibles de aviación sintéticos (SAF) surgen como una solución factible para lograr los objetivos de descarbonización que la UE debe cumplir bajo su rol protagonista asumido desde el Acuerdo de París en 2015, con el objetivo de mantener el aumento de temperaturas por debajo de los 2 °C respecto a los valores preindustriales. En consecuencia, las emisiones de GEI deben ser reducidas alcanzando la neutralidad de las emisiones de carbono para el 2050.
Este documento da un breve panorama del estado del arte de los SAF, mientras que su objetivo principal es proponer un método novedoso para su producción a partir de captura de carbono, comparando su eficiencia con los métodos de producción actuales a partir de distintas materias primas, mientras se logran emisiones netas nulas de CO2.
Distintas rutas han sido evaluadas para la producción de SAF a partir de la captura de carbono, como la electrorreducción de CO2 y de H2O para producir gas de síntesis, seguido de un proceso secuencial de Fischer-Tropsch e hidrocraqueo. Sin embargo, un sistema de coelectrólisis seguido de un proceso unificado de Fischer-Tropsch e hidrocraqueo en un solo reactor resultó la alternativa más eficiente, aun teniendo lugar para mejoras. En ambos casos, el hecho de trabajar con una sola unidad elevó las eficiencias, redujo los costos y dotó de mayor flexibilidad al sistema. La coelectrólisis puede alcanzar eficiencias de hasta el 82 %, mientras que el reactor de Fischer-Tropsch e hidrocraqueo presenta una mejora del 5 % respecto a la alternativa secuencial (alcanzando una eficiencia del 72 %). Además, los subproductos de esta última etapa como los hidrocarburos de cadena corta y el calor liberado durante la misma pueden ser utilizados para mejorar la eficiencia global del proceso.
Distintas métricas han sido evaluadas para comparar esta nueva ruta de producción con las ya aprobadas. En particular, la eficiencia energética de red alcanza un 79 %, lo que demuestra su viabilidad técnica. Si bien otros métodos de producción poseen eficiencias más elevadas, se requiere de distintas alternativas para alcanzar las futuras demandas de SAF.
Si bien la eficiencia energética de red resulta competitiva, para lograr una reducción de las emisiones de CO2, el H2 utilizado debe producirse con fuentes de energía renovables. Aunque la utilización de energía solar fotovoltaica y de energía eólica disminuye la eficiencia global del proceso debido a sus eficiencias medias actuales, aún existe la posibilidad de mejoras. Por lo tanto, esta disminución de la eficiencia se ve compensada con emisiones netas de CO2 nulas, lo cual es el objetivo de la producción de SAF.

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Màster Oficial - Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica

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Captura i emmagatzematge de diòxid de carboni

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Evaluación de la sostenibilidad energética de la generación de combustible de aviación por electrorreducción de dióxido de carbono con Fischer-Tropsch