martes, 27 de abril de 2010

Magnesio: ¿la panacea energética?


El almacenamiento de la energía es uno de los principales obstáculos para la adopción masiva de fuentes alternativas a los combustibles fósiles o la energía nuclear. Las baterías pueden llegar a ser muy grandes y lentas para cargarse. El hidrógeno, que puede ser producido electrolíticamente a partir del agua y usado para alimentar células de combustible, es difícil de manejar. Pero puede que haya una alternativa: el magnesio. El magnesio metálico es altamente reactivo y almacena grandes cantidades de energía. La investigación se encamina ahora a encontrar formas de extraer la energía del magnesio de una forma controlada.

En Canadá, por ejemplo, se ha desarrollado una célula metal/aire que usa agua y aire para que reaccionen con el magnesio, en forma de ánodo metálico, para generar electricidad. En Israel se ha creado una versión basada en magnesio de una batería ión-litio recargable, ideal para el almacenamiento de electricidad proveniente de fuentes renovables. En California (EE.UU.) se está desarrollando un sistema por el que los coches pueden generar hidrógeno sobre la marcha haciendo reaccionar magnesio con vapor. La reacción produce hidrógeno puro, apropiado como combustible, y deja como subproducto óxido de magnesio.

Pero no todo puede ser tan bonito. Si bien el magnesio es abundante, su producción no es ni barata ni limpia. Se emplean varios métodos industriales para obtenerlo, desde procesos electrolíticos a un método a alta temperatura que usa silicio como reductor del óxido de magnesio. En cualquier caso el coste energético es alto (40 MWh/ton). Este factor hace todo lo anterior inútil desde un punto de vista medioambiental si no fuese por Takashi Yabe del Instituto de Tecnología de Tokio.

Yabe está desarrollando un método, en fase de planta piloto, que sólo usa energía renovable. En concreto usa energía solar concentrada para alimentar un láser, que se emplea para calentar y quemar óxido de magnesio obtenido a partir de agua marina. En el mar hay suficiente magnesio como para proveer las necesidades energéticas del mundo durante los próximos 300.000 años. Se necesita un láser porque la energía solar concentrada por sí misma no puede alcanzar los 3.700 ºC necesarios. El láser también se emplea para evaporar agua del mar y extraer cloruro de magnesio que después se transforma en óxido de magnesio. El método se llama Ciclo de Inyección de Magnesio (MAGIC, por sus siglas en inglés).

El magnesio puro puede usarse entonces como combustible (su densidad de energía es alrededor de 10 veces la del hidrogeno). Cuando el magnesio se mezcla con agua produce calor, haciendo hervir el agua para producir vapor, que puede mover una turbina y generar de esta manera trabajo útil. Por si esto fuera poco la reacción también produce hidrógeno, que puede quemarse para producir más energía. Los subproductos de estas dos reacciones combinadas son agua y óxido de magnesio, que puede reincorporarse al ciclo mediante el láser.

Mg + H2O <-> MgO + H2 + q

2H2 + O2 <-> 2H2O + q´

Los problemas están en que los colectores solares necesarios tienden a ser muy grandes y costosos y que los láseres alimentados por energía solar suelen tener poca potencia. La solución de Yabe consiste en usar unas lentes de Fresnel, del tipo que se encuentra habitualmente en los faros de la costa para magnificar la luz de una manera que requeriría normalmente una lente mucho más gruesa. Otra aportación de Yabe es multiplicar el rendimiento del material del láser, granate de aluminio itrio dopado con neodimio. Normalmente sólo absorbe el 7% de la energía de la luz solar, pero cuando se le dopa con cromo este valor sube por encima del 67%.

Estos trabajos fueron publicados por Yabe y su equipo en 2006 en Applied Physics Letters. En este tiempo han seguido trabajando y mejorando el diseño. En la actualidad existe una planta piloto en Chitose, Japón, que tiene a Mitsubishi como socio. Es capaz de producir 80 vatios de potencia en el láser, lo suficiente como para cortar el acero y extraer un 70 % del magnesio del agua marina. El proyecto será comercialmente viable cuando la potencia del láser llegue a 400 vatios, lo que se espera que ocurra este año.

Referencia:

Yabe, T., Uchida, S., Ikuta, K., Yoshida, K., Baasandash, C., Mohamed, M., Sakurai, Y., Ogata, Y., Tuji, M., Mori, Y., Satoh, Y., Ohkubo, T., Murahara, M., Ikesue, A., Nakatsuka, M., Saiki, T., Motokoshi, S., & Yamanaka, C. (2006). Demonstrated fossil-fuel-free energy cycle using magnesium and laser Applied Physics Letters, 89 (26) DOI: 10.1063/1.2423320