Centrales eléctricas de combustibles fósiles con bajas emisiones

Cubrir la creciente demanda energética global de forma sostenible es uno de los desafíos más importantes del siglo XXI. Si bien el mayor uso de fuentes de energía renovables como la solar y la eólica constituye un objetivo importante, tales sistemas no pueden sustituir por completo a la combustión de combustibles fósiles debido a su naturaleza variable.

Un grupo de científicos que trabaja en el proyecto financiado con fondos europeos Z-ULTRA (Z phase strengthened steels for ultra-supercritical power plants) piensa hacerlo permitiendo alcanzar altas temperaturas mediante la mejora de los aceros, a fin de dotarles de mayor resistencia a la degradación. En particular, la investigación se centra en el desarrollo y la cualificación de una nueva aleación de acero-cromo al 12 %.

Los aceros con un contenido en cromo del 9 % permitieron en el pasado aumentar la temperatura del vapor de agua, en buena medida gracias a la precipitación de partículas de nitruro finas. No obstante, el aumento del contenido en cromo hasta el 11-12 % ha traído como consecuencia la precipitación perjudicial de la fase Z termodinámicamente estable a expensas de esas deseadas partículas de nitruro finas.

En lugar de suprimir el crecimiento de las partículas en fase Z, los integrantes del proyecto Z-ULTRA piensan aprovecharlas como agente de refuerzo. Para ello, deben identificar composiciones químicas y tratamientos térmicos que conduzcan a su nucleación controlada y a velocidades de engrosamiento reducidas.

El equipo ensaya actualmente tres nuevas composiciones de aleaciones y tratamientos térmicos en una serie de experimentos a escala nanoscópica desarrollados en el marco del proyecto. Además, los análisis informatizados mediante mecánica cuántica (teoría del funcional de la densidad) están apuntando a estructuras y secuencias de apilamiento optimizadas que facilitarán la nucleación de la fase Z. El trabajo teórico está respaldado por modelos termodinámicos y cinéticos complementados con medidas experimentales.

Se han fabricado materiales de demostración que se están sometiendo a ensayos de deformación por fluencia lenta, corrosión y oxidación. Los investigadores esperan obtener un acero termorresistente que permita alcanzar una eficiencia térmica de las centrales eléctricas de combustibles fósiles superior al 50 %, un 30 % más que el valor estándar actual en la mayoría de las centrales existentes. Eso reducirá las emisiones de dióxido de carbono en consonancia, haciendo una contribución muy valiosa a la salud del planeta.