Integración de las tecnologías de óxido sólido reversibles a una planta nuclear para la producción de combustible y generación eléctrica

L. MOGNI; M.R.ESQUIVEL; L. BAQUE; A. MONTENEGRO-HERNANDEZ; A. SERQUIS; M.ARCE; C. CHANQUIA; H. TROIANI; F. NAPOLITANO; J.BASBUS ; A. CANEIRO

Ciudad de Buenos Aires

Congreso; XLII Reunión Anual de la AATN; 2015

Asociación Argentina de Tecnología Nuclear

Las celdas de óxido sólido (SOC) son dispositivos capaces de funcionar eficientemente y de manera reversible tanto en modo ?combustible? (SOFC) como en modo ?electrolítico?(SOEC). Este tipo de dispositivos operan de manera similar a una batería, pero a diferencia de estas, pueden generar energía sin agotarse en tanto se le suministren gases combustibles que reaccionan sobre la superficie de un electrodo. Las SOC están íntegramente formadas por óxidos cerámicos y operan a temperaturas superiores a 600°C. En el modo SOFC generan electricidad a partir de combinar electroquímicamente un combustible (hidrógeno, hidrocarburos, alcoholes, etc) con aire (O2). En el modo SOEC y al ser acopladas a fuentes de energía (nuclear, hidroeléctrica, termoeléctrica, solar, eólica, etc) producen combustibles de alta pureza, como por ejemplo H2 a partir de H2O o syngas (CO+H2) a partir de la co-electrólisis de H2O-CO2. En este trabajo se presenta una discusión sobre el estado de arte de estos dispositivos y las perspectivas futuras de la implementación de una planta de potencia eléctrica/producción de combustible basada en esta tecnología acoplada a un reactor nuclear. Consideraciones termodinámicas permiten predecir una mayor eficiencia de la electrólisis a alta temperatura, por lo cual las SOC se presentan como la alternativa ideal para la producción de combustibles por este método. Por otra parte, a diferencia de otras fuentes de energía, la energía nuclear ofrece la posibilidad no sólo de utilizar la energía eléctrica sino también el calor generado por la central nuclear. El sistema integrado óptimo involucraría una planta SOC acoplada a un reactor de IV Generación (Gen IV) o a un reactor refrigerado por gas (high temperature gas-cooled reactor HTGR) ya que, al operar ambos a T>700 °C, pueden acoplarse directamente. Sin embargo, se puede demostrar que este sistema también es eficiente (>35 %) acoplado a un reactor refrigerado con agua liviana (LWR) o pesada (WWR) (T ≈300- 350 °C) y utilizando un sistema auxiliar para alcanzar la T de operación. Dentro de las ventajas de este tipo de tecnología se puede destacar la alta pureza de los productos de electrólisis, los cuales pueden utilizarse directamente para la generación de productos de alto valor agregado reduciendo costos de purificación. Por otra parte, la reversibilidad de las SOC permite no solo producir los combustibles sino también utilizarlos y actuar como generador de energía eléctrica durante picos de demanda.