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.
En esta edición te traemos más información sobre tecnologías de Hidrógeno y su transporte en gasoductos.
%2010.50.20%20a.m..png)
LA ELECTRÓLISIS DEL AGUA
La primera realización de la electrólisis del agua se llevó a cabo en el año 1800, unas cuantas semanas posteriores a que se inventara la batería [1].
Este proceso fue realizado por el químico William Nicholson y el cirujano Anthony Carlisle, luego de leer una carta confidencial de Alessandro Volta al presidente de la Royal Society [2]. En este documento, Volta presentaba una estructura vertical, capaz de producir energía eléctrica de forma continua, compuesta de pares de placas metálicas de zinc y plata, separados por medio de tela u otros materiales empapados en liquido conductor [2]. Esta invención fue adaptada por Nicholson y Carlisle para separar el agua en sus elementos constituyentes: hidrógeno y oxígeno [3].
EL POTENCIAL DEL HIDRÓGENO
Antes del uso de la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno, este se obtenía mediante la disolución de metales en ácido, aunque este método no lograba satisfacer la demanda presente en el siglo XIX [5]. Por lo tanto, con el desarrollo de esta nueva metodología, se facilitó la comercialización del hidrógeno y la exploración de sus posibles usos, entre cuales, se destacó su aplicación como combustible [6]. El hidrógeno es el elemento más común en el universo y su uso como fuente de energía es destacable debido a su alta densidad y eficiencia energética, sumado a que el mayor producto de su combustión es el agua [6] [7], por lo tanto, presenta un potencial interesante.
¿QUÉ ES NEL HYDROGEN®?
Nel Hydrogen® es una compañía noruega fundada en 1927, encargada del diseño de soluciones a lo largo de la cadena de valor del hidrógeno, desde su producción hasta las estaciones de recarga de hidrógeno [8]. Las soluciones de Nel Hydrogen® buscan promover la adopción del hidrógeno verde (hidrógeno obtenido sin emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera [9]) y las pilas de combustible, logrando obtener una producción similar o igual a aquella potenciada, mediante combustibles fósiles, sin la emisión de gases contaminantes nocivos para el medio ambiente [8].
%2010.55.33%20a.m..png)
Ilustración 2. Electrolizador Nel alcalino (uso con fines netamente ilustrativos y académicos) [13]
NEL HYDROGEN® Y LA INNOVACIÓN EN LA ELECTRÓLISIS
Nel Hydrogen® es una de las empresas líderes en la producción de electrolizadores para la obtención de hidrógeno [10], lo cual, logra por medio de más de 3500 electrolizadores instalados alrededor del planeta [11]. A pesar de esto, la capacidad de producción no es el único factor de importancia, ya que, gracias a barreras termodinámicas presentes en la electrólisis del agua, estos requieren de un gasto energético considerablemente mayor al teórico [12]. Para combatir este factor, Nel Hydrogen® ha impulsado la producción de electrolizadores alcalinos y de membrana de intercambio de protones, logrando también así la obtención de hidrógeno de alta pureza, adicional a la obtención más eficiente de hidrógeno en el planeta [11].
%2010.59.58%20a.m..png)
%2011.00.46%20a.m..png)
¿QUÉ ES AIR LIQUIDE®?
Air Liquide® es una empresa multinacional francesa fundada en 1902 con presencia en 80 países, encargada del diseño de soluciones para industrias y procesos donde el oxígeno, el hidrógeno y/o el nitrógeno juegan un rol crucial [8]. La variedad de su portafolio y la flexibilidad de sus soluciones le ha permitido proveer servicios a más de 2 millones de clientes, desde empresas multinacionales hasta productores independientes [9]. Adicionalmente, debido a que la sostenibilidad es uno de los pilares más importantes de Air Liquide®, esta ha desarrollado ampliamente a los electrolizadores como una solución integral, facilitando así la transición energética alejada de los combustibles fósiles a nivel mundial [9] [10].
¿QUÉ ES AIR LIQUIDE®?
Air Liquide® es una empresa multinacional francesa fundada en 1902 con presencia en 80 países, encargada del diseño de soluciones para industrias y procesos donde el oxígeno, el hidrógeno y/o el nitrógeno juegan un rol crucial [8]. La variedad de su portafolio y la flexibilidad de sus soluciones le ha permitido proveer servicios a más de 2 millones de clientes, desde empresas multinacionales hasta productores independientes [9]. Adicionalmente, debido a que la sostenibilidad es uno de los pilares más importantes de Air Liquide®, esta ha desarrollado ampliamente a los electrolizadores como una solución integral, facilitando así la transición energética alejada de los combustibles fósiles a nivel mundial [9] [10].
%2011.29.56%20a.m..png)
%2011.32.14%20a.m..png)
%2011.32.21%20a.m..png)
EL POTENCIAL DEL HIDRÓGENO EN LA HISTORIA
El potencial del hidrógeno se conoce desde su descubrimiento en el siglo 18, cuando el científico Henry Cavendish obtuvo de una reacción química, un gas misterioso que llamó “aire inflamable” [1]. Posteriores estudios de esta sustancia a lo largo de los siglos XIX y XX analizaron su potencial en la industria de la energía, dándole su reconocido uso en los 60’s como combustible de cohetes, lo cual, a su vez, gracias a su alto contenido energético, facilitó la exploración del cosmos [1].
LAS VENTAJAS DEL HIDRÓGENO
El hidrógeno como fuente de energía presenta 2 ventajas adicionales: su eficiencia energética es mayor a la de otras soluciones amigables con el medioambiente y no genera emisiones nocivas, ya que, el mayor producto secundario de su combustión es agua [2]. Esto le ha permitido al hidrógeno ser parte esencial de varios sectores económicos desde la industria química, donde es usado para producir metanol y fertilizantes, hasta la fabricación de baterías.
EL USO DE GASODUCTOS PARA EL TRANSPORTE DE HIDRÓGENO
Para facilitar su acceso a los usuarios que lo requieren, evitando costos excesivos por almacenamiento y mecanismos especializados de distribución, varios países han considerado la opción de ingresarlo al sistema de transporte de gas natural. Esto trae los beneficios añadidos de mejores propiedades de combustión y menor polución en el quemado, gracias a las ventajas del hidrógeno como combustible [3].
%2011.40.29%20a.m..png)
LA PRINCIPAL LIMITACIÓN: EL USUARIO
La principal limitación al considerar la inyección de hidrógeno a los gasoductos es el usuario final. Es difícil categorizar al gas natural como una sola sustancia. Las distintas fuentes de las cuales proviene, sumado a la variedad de tratamientos y estándares a los cuales es sometido lleva a que exista flexibilidad en su definición, siendo gas natural cualquier mezcla gaseosa de hidrocarburos compuesta principalmente por metano [4]. Para poder generar un estándar regional en varios países se somete al gas natural a procesos que permiten reducir su variabilidad y así proveer un servicio estable. Debido a esto, equipos potenciados con gas son diseñados para funcionar en este rango reducido de variabilidad, generando problemas de operación si las características del gas escapan estos valores. Además, algunos usuarios han empezado a hacer uso de equipos que pueden funcionar con hidrógeno puro o en altas concentraciones., por lo cual tener un sistema de distribución con la capacidad de acoplar estas necesidades es necesario.
LA SEPARACIÓN DOWNSTREAM
La mejor alternativa para permitir un sistema que cumpla con las necesidades de hidrógeno variables de distintos usuarios es a través de la separación downstream, en la cual se aprovechan tecnologías para obtener corrientes con concentraciones de hidrógeno deseadas. Los mecanismos más comunes para lograr la separación aprovechan las propiedades físicas de materiales o procesos electroquímicos, pero tienden a tener altos costos por el tamaño y la complejidad de los sistemas requeridos. Es por esto que investigadores de la organización Fraunhofer-Gesellschaft han diseñado una membrana de carbono que permite separar el hidrógeno del gas natural [5]. Esta alternativa energéticamente eficiente permite facilitar la distribución de hidrógeno, especialmente cuando se desean transportar grandes volúmenes de este [6]. Adicionalmente, su costo es relativamente bajo y tienen condiciones de operación que no demandan un gran costo energético.
LA POTENCIA DE LAS MEMBRANAS DE CARBONO
A pesar que las membranas de carbono son la tecnología de menor madurez tecnológica disponible para la separación de hidrógeno y gas natural, estas han ganado considerable tracción, existiendo para el primero de agosto del 2021 registro de 16128 patentes a nivel mundial relacionadas a estas (en comparación a 970 para membranas de paladio y 709 para sistemas que realizan la separación a través de adsorción y cambios de presión [7]). De hecho, prototipos de las membranas desarrolladas por Fraunhofer-Gesellschaft ya se encuentran en gasoductos y le organización se encuentra en el proceso de fabricar membranas que manejen mayores cantidades de gas natural e hidrógeno, acciones que facilitan el acceso al hidrógeno.
%2011.48.40%20a.m..png)