Conocer el entorno es importante para desarrollar una innovación. Mantente al día de los avances en diferentes temas. Tema del mes: Producción de hidrógeno y el proceso cloroalcalino. 

HISTORIA DE LOS PROCESOS CLOROALCALINOS

Los procesos cloroalcalinos son aquellos que realizan la producción de cloro (Cl2), hidrógeno (H2) e hidróxido de sodio (NaOH) a partir de la descomposición del cloruro de sodio (NaCl), comúnmente conocido como sal de mesa [1]. Cabe mencionar la posibilidad de hacer uso de cloruro de potasio (KCl) en lugar del NaCl, reemplazando la producción del NaOH por KOH, aunque elementos como el costo de este reactivo y complejidades en los sistemas que hacen uso de este limitan su extensión en la industria [2].

La industria cloroalcalina inició en el siglo XIX, buscando principalmente satisfacer la demanda de cloro (Cl2) por parte de la industria papelera y textil [3]. Mediante progresivas mejoras en la optimización productiva y financiera de los procesos, al igual que el desarrollo de métodos alternativos para la fabricación de Cl2, fue posible la obtención de suficiente cloro en el año 1900 para la fabricación de 150000 toneladas anuales de polvo blanqueador en Inglaterra solamente, resaltando la magnitud de este mercado [3].

Posteriormente, gracias a que varios procesos químicos esenciales en la industria cayeron en la obsolescencia, se hizo una adopción de la descomposición electrolítica de la sal como el método principal para los procesos cloroalcalinos [3] [4]. Aunque el proceso es atribuido al químico William Cruickshank, las primeras patentes para este fueron otorgadas en el año 1851 a Cook y Watt y, posteriormente, en el año 1890 se dio su primera aplicación a escala comercial

[3]. En la actualidad, los procesos cloroalcalinos forman una industria primaria en Estados Unidos, Europa y Japón [5], existiendo una gran cantidad de químicos importantes generados a partir del cloro, al igual que un interés creciente por el hidrógeno [4] [6].

¿QUÉ ES EURO CHLOR?

Euro Chlor es una asociación de los operadores de plantas cloroalcalinas en Europa responsables por el 97% de la capacidad de producción en esta región, representando los intereses de 38 miembros con operaciones en más de 60 locaciones de manufactura, ubicadas en 19 países europeos [10]. Euro Chlor fue fundada en 1989, conformando una división del Consejo Europeo de la Industria Química (CEFIC por sus siglas en francés), centrando sus labores en Bruselas, Bélgica [10]. En la actualidad, Euro Chlor realiza labores como promover buenas prácticas en seguridad, medioambiente y salud para la industria cloroalcalina, promover la colaboración entre mercados cloroalcalinos nacionales e internacionales y asegurar que los requerimientos de las industrias cloroalcalinas se encuentren correctamente definidos, entre otras labores [10].

EURO CHLOR Y LAS PRÁCTICAS PARA EL APROVECHAMIENTO DEL H2

Mediante la promoción de buenas prácticas de aprovechamiento de residuos, Euro Chlor reportó en el año 2018 que el 87% del hidrógeno generado en Europa fue utilizado, haciendo uso de los siguientes procesos:

1. Reacciones químicas: 

A nivel económico se dispone de un gran potencial con el H2, usándolo como materia prima para la producción de amoniaco, peróxido hidrógeno, ácido hidroclórico, metanol y para la remoción de sulfuro del petróleo, entre otros [12] [11]. Adicionalmente, es posible hacer uso de compuestos químicos para el transporte seguro de hidrógeno a lo largo de grandes distancias, ya que en su estado puro presenta altos riesgos de explosión [6].

2. Combustión:

La capacidad del H2 como combustible presenta un mecanismo para el almacenamiento de energía, permitiéndole ser usado a nivel industrial para la producción de calor mediante su quemado directo [11]. Esto puede potenciar procesos como la producción de vapor de agua para el concentrado de productos, la evaporación de corrientes para facilitar su transporte y el potenciado de equipos como calderas [11]. Adicionalmente, en varias regiones de Europa existen labores para el reacondicionamiento de edificios tal que puedan ser calentados y electrificados con energía potenciada por hidrógeno, abriendo la posibilidad de usar este gas en construcciones adyacentes a la planta cloroalcalina [11].

3. Transporte:

Esta alternativa se encuentra en desarrollo, pero proyectos piloto han sido desarrollados para la implementación de celdas de combustible o el uso de electricidad potenciada por H2 para el abastecimiento de vehículos in situ [11].

Se destacan también la búsqueda por parte de Euro Chlor de procesos y protocolos adicionales que garanticen el uso del 100% del hidrógeno proveniente de procesos cloroalcalinos, ya que el 13% que es desechado representa los requerimientos energéticos de 0,5 millones de hogares, evidenciando un gran potencial en este [11].

¿CÓMO SE REALIZAN LOS PROCESOS CLOROALCALINOS EN LA ACTUALIDAD?

Los procesos cloroalcalinos son aquellos que mediante la descomposición electrolítica del cloruro de sodio (NaCl), realizan la producción simultanea de hidróxido de sodio (NaOH), cloro gaseoso (Cl2) e hidrógeno (H2), existiendo 3 tecnologías usadas en la actualidad para su realización: celdas de diafragma, celdas de mercurio y celdas de membrana [1] [2]. De entre estas se ha presentado un declive en el uso de las celdas de mercurio, debido a las preocupaciones de seguridad y medioambientales por la posible liberación indeseada de este compuesto nocivo [3], contrastado con un interés creciente por las celdas de membrana, gracias a sus menores requerimientos energéticos para operar [4]. s [1].

LA DEMANDA DE ACTUAL DE HIDRÓGENO

Se estima que en la actualidad existe una demanda aproximada de 70 millones de toneladas métricas de hidrógeno por año [5], cuyo suministro se satisface mediante los métodos de producción presentados en la ilustración 2, Se observa una predominancia de procesos que hacen uso de combustibles fósiles, seguidos de un 4% correspondiente a la creación de hidrógeno por electrólisis, donde se encuentran los procesos cloroalcalinos, creando solamente en EE.UU. un aproximado de 0,4 millones de toneladas de H2 por año [7]. Aunque comparativamente se observa un segmento de mercado reducido, para el año 2020 se estimó que los procesos cloroalcalinos representaron un tamaño de mercado aproximado de 46,26 mil millones de USD, lo cual se espera que crezca a 57,36 mil millones para el año 2028 [8], ofreciendo un potencial económico tentativo. La producción simultanea de hidrógeno y de bienes comercializables que compensan sus costos de producción, al igual que la capacidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 20-90% las emisiones de los métodos principales de obtención de H2 [7], llevan a que el acogimiento del aprovechamiento del hidrógeno proveniente de procesos cloroalcalinos sea importante.

¿QUÉ ES THYSSENKRUPP AG S.A.S.?

ThyssenKrupp AG S.A.S. es una empresa alemana que surge en el año 1999 a partir de la unión de las compañías Thyssen y Krupp, aunque la historia de la compañía data del año 1811, con la construcción de una fábrica de acero moldeado [9]. En la actualidad, ThyssenKrupp AG S.A.S. opera en 56 países, generando 34 mil millones de euros por medio de 6 ramas de negocio: servicios de materiales, componentes industriales, industria automotriz, acero, sistemas marinos y Multi Tracks (un servicio de soluciones para una amplia variedad de industrias, entre las cuales se encuentran los electrolizadores y procesos cloroalcalinos) [10].