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

LILIANA MOGNI; MARCELO ESQUIVEL; LAURA BAQUÉ; ALEJANDRA MONTENEGRO; ADRIANA SERQUIS; MAURICIO ARCE; CORINA CHANQUÍA; HORACIO TROIANI; FEDERICO NAPOLITANO; JUAN BASBUS; ALBERTO CANEIRO

Otro; XLII Reunión Anual de la AATN 2015; 2015

Asociación Argentina de la 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.