La producción de combustibles solares como el H2 o gas de síntesis es una ruta prometedora para reducir las emisiones de CO2 asociadas a los problemas del calentamiento global y al agotamiento de los combustibles fósiles. El reformado de metano y la disociación del agua impulsados con energía solar constituyen una opción alternativa para la producción másiva de combustibles sintéticos. Para lograr que estos procesos se lleven a cabo de una manera eficiente es necesario diseñar reactores solares que alcanzen las temperaturas de reacción en todo su volumen. Dicha tarea se logra implementando modelos que nos permitan predecir el comportamiento térmico de éstos en diversas condiciones. La contribución de este proyecto es la de analizar a detalle las interacciones entre los parámetros del medio, como tamaño de poro y porosidad, con las condiciones de operación, como caudal del gas, intensidad del flujo solar concentrado, entre otras, considerando diferentes condiciones de irradiación solar, diferentes parámetros del medio poroso y del flujo de gas y una reacción química con algún óxido metálico. Finalmente los resultados de este proyecto servirán para diseñar conceptualmente un reactor solar para llevar a cabo el proceso de interés en el Horno solar de Alto Flujo Radiativo del IER-UNAM.

Los reactores solares químicos basados en medios porosos son un tema relativamente reciente y poco estudiado. En particular, prácticamente no hay estudios que hayan analizado en detalle la interacción entre los parámetros del medio, como tamaño de poro y porosidad, con las condiciones de operación, como caudal del gas, intensidad del flujo solar concentrado, etc. Sin embargo, este tipo de reactores son muy prometedores debido a que aumentan sustancialmente la superficie de contacto entre la fase sólida y el gas. Además, un medio poroso actúa como un absorbedor volumétrico de la radiación solar, lo que potencialmente aumenta la eficiencia de captación de la misma. Por otro lado, reactores basados en medios porosos tiene la ventaja de poder ser utilizados en las dos etapas de los procesos de dos pasos, ya sea para reformado de metano o disociación de H2O. El presente estudio analizará en detalle las interacciones arriba mencionada, considerando diferentes condiciones de irradiación solar, diferentes parámetros del medio poroso y del flujo de gas y dos reacciones químicas diferentes. Se hará por tanto modelación de reactores considerando la cinética de la reacción química acoplada a la transferencia de calor y tomando en cuenta las propiedades ópticas y radiativas específicas de los materiales catalizadores. Lo anterior permitirá generar los modelos y aportar información valiosa sobre la interacción de dichos parámetros en el diseño de reactores solares. Esto se reportará en dos publicaciones en revistas indizadas. Al final del proyecto se diseñará conceptualmente un reactor específico para llevar a cabo alguno de los dos procesos de interés en el Horno solar de Alto Flujo Radiativo del IER-UNAM.