Proyecto RISEnergy

La energía solar es una fuente de energía renovable que ofrece enormes posibilidades en los campos de la metalurgia y la síntesis de materiales. Esto se debe a las altas temperaturas que se pueden alcanzar cuando se concentra adecuadamente. De esta manera, se han investigado diversos temas relacionados con la reducción, descomposición o reacción, entre otros, para sintetizar materiales, desde metales hasta cerámicas. Si bien las primeras investigaciones sobre la aplicación de la energía solar concentrada para sintetizar materiales datan de la Edad Moderna, los mayores avances en este campo se produjeron en los últimos treinta años, donde el número de proyectos de investigación y publicaciones ha crecido exponencialmente. A pesar del creciente interés en el uso de la energía solar en el campo de los materiales, se puede afirmar que la investigación se ha centrado en tres temas diferentes: materiales cerámicos refractarios duros, fabricación de cal para la industria cementera y combustibles químicos para chemical loops. Sin embargo, existen otras áreas de interés con potencial. Aquí cabe mencionar la síntesis de óxido de zirconio.

El dióxido de zirconio es un material ampliamente utilizado en la industria cerámica, principalmente como refractario, aunque también es importante en el campo de los dispositivos médicos. Las investigaciones han extendido su uso a sensores de oxígeno, membranas de celdas de combustible o catalizadores en la producción de biodiésel, convirtiéndose, por lo tanto, en un material para la energía. El dióxido de zirconio se enfrenta al problema de la transición de su estructura cristalina de monoclínica a temperatura ambiente a tetragonal y cúbica a temperaturas más altas. Por lo tanto, se utilizan diversos dopantes para estabilizar las fases tetragonal y/o cúbica, incluyendo la itria (zirconia estabilizada con itria, YSZ), que se añade en diferentes proporciones, lo que afecta a sus propiedades. Otros elementos-compuestos (como hierro y cobre) se utilizan como fases adicionales para potenciar las propiedades de la zirconia en aplicaciones energéticas.

En cuanto a la aplicación de la energía solar concentrada en el campo de la cerámica de zirconia, investigadores del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN-CSIC), de la Universidad de Oviedo y colaboradores informaron sobre la síntesis de zirconia mediante disociación térmica de arena de silicato de zirconio en un proceso de dos etapas: primero, pirometalúrgico basado en energía solar concentrada; y segundo, hidrometalúrgico, con soporte de lixiviación básica con hidróxido de sodio. Se alcanzó un 95 % de zirconia monoclínica. Considerando esta investigación, la investigación descrita en esta propuesta tiene como objetivo ir un paso más allá: sintetizar zirconia estabilizada con itria (YSZ) a partir de arena de silicato de zirconio utilizando energía solar concentrada para su uso en diferentes aplicaciones, como:

• Materia prima para cerámicas densas con potencial de uso en aplicaciones biomédicas.
• Materia prima para catalizadores en la síntesis de combustibles verdes.
• Materia prima para membranas para aplicaciones energéticas.

Además, el objetivo es estudiar la estabilización mediante otros elementos e incorporar compuestos adicionales (por ejemplo, basados ​​en cobre o hierro) para analizar su influencia en las propiedades requeridas para las aplicaciones mencionadas. Además del trabajo experimental que se realizará en las instalaciones solares de Font Romeu-Odeillo-Via, la investigación se complementará con estudios relacionados con la caracterización mineralógica realizada en las instalaciones de sincrotrón, cerámicas densas obtenidas en las instalaciones de los solicitantes y estudios de catálisis que se realizarán en cooperación con otras instituciones ubicadas en países de la Unión Europea.