Membranas densas para una separación de gases eficiente
Las membranas de separación de hidrógeno y oxígeno podrían desempeñar un papel importante en la consecución del objetivo de utilizar carbón o gas natural para generar electricidad sin emisiones de dióxido de carbono (CO2). Además, estas membranas quizás podrían aprovecharse en centrales de coproducción de energía e hidrógeno. La tecnología disponible actualmente tiene limitaciones derivadas de la eficiencia de su proceso de separación, costes y estabilidad en el tiempo. La utilización de una nueva técnica de deposición en el marco del proyecto financiado con fondos europeos DEMOYS (Dense membranes for efficient oxygen and hydrogen separation) permitió a un grupo de científicos superar esas barreras. La deposición de una película fina de pulverización por plasma a baja presión, tecnología propia de uno de los socios del proyecto, combina las tecnologías convencionales del rociado térmico y las películas finas. La operación a baja presión facilita una fabricación rentable de películas finas y densas para recubrir sustratos en áreas extensas a baja temperatura. Los científicos de este proyecto utilizaron esta tecnología para aplicar recubrimientos estables y densos que permiten la obtención de membranas con un espesor inferior a cincuenta micras. La funcionalización catalítica mejoró las reacciones superficiales, que son el factor limitante del desarrollo de membranas finas. Los investigadores utilizaron una ferrita de lantano, estroncio y cobalto (LSCF) y un óxido de lantano y volframio (LWO) como materiales de referencia para las membranas de separación de oxígeno e hidrógeno. Se fabricaron varios lotes de polvos que se depositaron sobre soportes metálicos porosos, de entre los que la aleación MCrAlY resultó ser la más adecuada para ese proceso de deposición en particular. El equipo produjo asimismo una capa nanoporosa entre el soporte y la membrana densa, lo que permitió aumentar los flujos de permeación y la estabilidad. Un estudio de modelización referente a la integración de las membranas desarrolladas en centrales de producción de energía e hidrógeno respaldó el trabajo experimental. El estudio aportó ideas para el escalado del proceso de deposición y la evaluación de los costes en configuraciones de centrales concretas con vistas a acercarse al objetivo de nulas emisiones de carbono y reducir al mínimo los costes de captura del CO2. La estimación del coste de la electricidad y la captura de CO2 se centró en el uso de membranas de transporte de oxígeno en centrales eléctricas de carbón. Los investigadores concluyeron que su integración en centrales eléctricas con bajas emisiones de carbono podría resultar más rentable que las centrales convencionales que utilizan tecnologías punteras de captura de CO2. Además, el uso de membranas de transporte de oxígeno en centrales de coproducción de oxígeno y electricidad podría ser más rentable que las centrales de adsorción por oscilación de presión o vacío convencionales. Las membranas desarrolladas en el proyecto DEMOYS resultan prometedoras y podrían reportar importantes beneficios tanto medioambientales como económicos. La mayor eficiencia obtenida con un menor coste debería proporcionar a la UE una ventaja competitiva.
Palabras clave
Membranas densas, separación de gases, separación de hidrógeno y oxígeno, pulverización por plasma, deposición de película fina
