Este es el tercero de una serie de artículos que estoy escribiendo sobre la tecnología de baterías de flujo, con un par de artículos dedicados a Tecnologías de energía Agora‘tecnología específica. El primer artículo trataba sobre las baterías de flujo en general y por qué son un componente muy prometedor para el almacenamiento en red. El segundo se ocupó de los diferenciadores únicos de Agora. Este artículo está dedicado a un caso de uso alternativo convincente para su tecnología, uno que es inmediato y de alto valor.
Los últimos tres años han sido para mí una inmersión más profunda en los procesos industriales y la ingeniería química y las implicaciones para el calentamiento global. El Electronia informe sobre ingeniería de carbono supuso un gran esfuerzo, al igual que los numerosos artículos sobre procesos industriales para el secuestro de carbono. La evaluación de fabricación de cemento, con y sin el uso absurdo de concentración de energía solar fue otro.
Esto me ha llevado a un interés más profundo en los casos extremos de las soluciones climáticas. Mis evaluaciones e investigaciones en los últimos años me han llevado a comprender los principales conjuntos de soluciones para la energía, el transporte y el secuestro biológico de carbono, pero todavía hay una gran cantidad de carbono y contaminación emitida en los procesos industriales que deben abordarse. Como ejemplo, está el mercado global de carbonatos de $ 44 mil millones.
El carbonato de potasio se encuentra en muchas cosas que usamos a diario. Se usa en jabones, vidrio y platos de porcelana. Se utiliza como agente secante en procesos químicos. Se encuentra tanto en fideos asiáticos como en cacao en polvo holandés. Los enólogos lo utilizan. Es un ablandador de agua y un extintor de incendios. Se utiliza en soldadura y alimentación animal.
El carbonato de sodio se usa igualmente ampliamente. Está dentro vidrio, papel, rayón, jabones y detergentes. Se utiliza para ablandar el agua. Es un aditivo alimentario que controla la acidez. Como base débil y segura de manejar, se utiliza en muchos procesos químicos. Cada año se producen más de 40 millones de toneladas métricas, lo que equivale a varios kilogramos por cada persona en la Tierra.
Entre ellos, representan un mercado anual global de aproximadamente 44.000 millones de dólares. Y los procesos actuales que los hacen son bastante desagradables en muchos sentidos.
Tomemos como ejemplo el carbonato de sodio. Aproximadamente el 75% de todo el carbonato de sodio utilizado en el mundo se produce mediante el proceso Solvay. Estados Unidos obtiene la mayor parte de su carbonato de sodio de un enorme depósito de trona en Wyoming.
El proceso Syracuse Solvay funciona alrededor de 1900 cortesía de EE. UU. Biblioteca del Congreso
El proceso Solvay se inventó en 1861 y todavía se utiliza en todas partes en la actualidad. Burbuja CO2 a través de salmuera a base de amoníaco en un proceso de ingeniería química de cuatro pasos que produce y utiliza CO2 en varios puntos del proceso. Y, por supuesto, está el amoníaco, que es altamente tóxico, con límites de exposición de 15 minutos a niveles de 35 ppm de amoníaco gaseoso según la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU. El amoníaco es una sustancia fabricada en sí misma, que utiliza hidrógeno creado a partir de combustibles fósiles en la actualidad con 8 a 35 veces la masa de CO2 que el hidrógeno. La exposición prolongada a pequeñas cantidades de amoníaco provoca efectos irreversibles en la salud. El amoníaco se recicla principalmente y solo se pierden pequeñas cantidades, pero eliminarlo por completo sería beneficioso.
El proceso Solvay en realidad captura algo de CO2 producido en un paso para usarlo en una etapa posterior, pero en general, el proceso implementado es un emisor neto de 2,74 veces la masa de CO2 que la masa de carbonatos producidos.
Flujo del proceso químico de Solvay cortesía de ONU IPCC
La fuente de calor en el primer paso me interesó. Dicho paso en el proceso es el mismo que para el cemento, dicho sea de paso. Requiere calor sustancial, en el rango de 600 a 1000 grados Celsius para calcinar la piedra caliza para producir cal viva y CO2. Parte del CO2 y toda la cal viva se utilizan en pasos posteriores del proceso, a diferencia de la fabricación de cemento, donde todo el CO2 se emite a la atmósfera.
Como nota al margen, un experto en cemento de Lafarge me dijo cuando estaba explorando el cemento que no tenían un buen proceso para capturar las emisiones de CO2 del horno de piedra caliza, lo que claramente no es el caso, ya que se ha realizado como un proceso industrial durante 160 años. La captura de CO2 de combustión no es difícil, es caro, por lo que no se hace a menos que exista una muy buena razón económica.
Luego hay otro desafío de temperatura, que es que el tercer paso en el proceso es fuertemente exotérmico, lo que significa que emite mucho calor, pero no es útil. Uno de los desafíos clave del proceso es mantener la temperatura lo suficientemente baja. Por lo general, eso se hace con agua de enfriamiento de fuentes terrestres, una fuente desafiada en muchas partes del mundo en la actualidad, con plantas de generación térmica que se cierran o funcionan con una capacidad disminuida a medida que el agua subterránea se calienta más allá del punto en el que funciona bien con el equipo diseñado. La empresa Solvay cerró cuatro de sus 22 unidades en Sao Paulo, Brasil debido al río, toman agua para secarse en 2014, una muestra del futuro para muchas plantas industriales que consumen agua pesada ubicadas en fuentes de agua en riesgo por el calentamiento global.
La segunda instancia de la aplicación de calor en el paso 4 también es interesante. Eso requiere otro horno con una temperatura de unos 300 grados centígrados. Cada vez que veo calor en estos días en los procesos industriales, asumo que proviene de combustibles fósiles, y no me sorprendió descubrir que la fuente de energía preferida para el proceso Solvay era Coca, un derivado del carbón procesado.
Eso no es todo, por supuesto. El proceso Solvay es mucho menos contaminante que el proceso Leblanc al que reemplazó, pero los sitios del interior terminan con un 50% más de depósitos de desechos de subproductos que los carbonatos de sodio de valor. Solvay, Nueva York, cuyo nombre cambió cuando la compañía Solvay construyó una planta allí, tiene enormes lechos de desechos que han contaminado el área local y contribuido a la cercana Lago Onondaga siendo declarado un Sitio Superfund.
Cortesía de la imagen de la mina de trona de pared larga Gobierno de Wyoming
No he realizado la misma evaluación de los impactos ambientales de la extracción y procesamiento de la corriente de carbonato de sodio de trona en los EE. UU., Pero a primera vista parece un emisor de CO2 alto con una buena cantidad de uso de productos químicos tóxicos y una corriente de desechos desafiante también. .
¿Por qué es interesante esta digresión? Bien, la tecnología Agora puede crear carbonato de sodio en dos pasos sin calor y sin apenas necesidad de control de temperatura.
Esperar. ¿Qué? Es una batería, no una planta química, ¿no?
Bueno, sí. El modelo de circuito cerrado cicla los químicos entre su forma base y su forma cargada y viceversa. Pero el modelo de circuito abierto, que cambia en algunos de los detalles, produce carbonato de sodio después del segundo ciclo en lugar de convertirlo nuevamente en CO2, en una solución de hasta 35% en peso con agua. Y ambos actúan como baterías, absorbiendo electricidad en la etapa de carga y produciendo electricidad en la fase de descarga.
Por lo tanto, el proceso de cinco pasos a base de amoníaco, de alto calor y alto enfriamiento, se convierte en un proceso más corto con resultados mucho menos dañinos. Se necesita electricidad cuando es barata por la noche u otras horas, de fuentes renovables siempre que sea posible, por supuesto, para “cargar” la batería. Luego, durante el día, en lugar de invertir el proceso como en el enfoque de flujo abierto, lo envía a través de las células de Agora con una química diferente y produce carbonatos en solución y electricidad. Todo el proceso diurno, desde las luces hasta las bombas, pasando por el secado de la solución de carbonato y similares, se puede ejecutar con una parte de la electricidad que se produce.
El carbonato de sodio de salida también es puro. Es un compuesto puro en agua pura. Calienta el agua para evaporarla y la pureza debe superar con creces el 98% de pureza que normalmente se garantiza para los aditivos alimentarios para las variantes más caras. Hay suficiente electricidad en la batería para alimentar la evaporación directamente según mis cálculos con la directora ejecutiva, la Dra.Christina Gyenge, pero hay mucho más que suficiente para usar la tecnología de bomba de calor con un COP de 4 para hacer eso, o para bombearla sobre una fuente de desechos. calor industrial en otros lugares, y dejar mucha electricidad sobrante para otros usos en la instalación industrial o para vender a la red.
Por lo tanto, esta tecnología puede tomar una materia prima barata de la que tenemos demasiado en el mundo, el CO2, independientemente de su procedencia, y el uso de electricidad renovable produce productos químicos industriales de muy alta calidad que se utilizan a nivel mundial en un mercado valorado en decenas de miles de millones de dólares.
La tecnología de batería de flujo redox basada en CO2 de Agora es un componente industrial del futuro.
La divulgación completa. Tengo una relación profesional con Agora como asesor estratégico y observador del Consejo. Hice una sesión de estrategia inicial con Agora sobre su tecnología de batería de flujo redox a fines de 2019 y me quedé impresionado por lo que tenían entre manos, y mi rol formal en la empresa comenzó a principios de 2021. Me comprometo a ser lo más objetivo y honesto como siempre, pero ten en cuenta mi afiliación.
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