29.10.2021 - Technische Universität Graz

Del lodo al hidrógeno de alta pureza

La Universidad Técnica de Graz y la empresa Rouge H2 Engineering han conseguido por primera vez en el mundo producir hidrógeno de alta pureza a partir de biogás directamente en una planta de biogás mediante un nuevo proceso de bucle químico

El hidrógeno verde se considera un faro de esperanza en la revolución energética y de la movilidad, pero todavía no es apto para la producción en masa. Esto se debe a varias razones. Actualmente, el hidrógeno se produce principalmente de forma centralizada a partir de materias primas fósiles. Después hay que comprimirlo o licuarlo en un proceso costoso y de alto consumo energético para poder llevarlo a las gasolineras, por ejemplo. Para almacenar grandes cantidades de hidrógeno se necesitan infraestructuras costosas con elevados costes de inversión.

Por tanto, para el suministro de hidrógeno en todo el país, la producción descentralizada será indispensable en el futuro, e idealmente será neutra desde el punto de vista climático a partir de fuentes de energía renovables disponibles localmente. En 2020, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz), dirigidos por el ingeniero de procesos Viktor Hacker, junto con la empresa de nueva creación con sede en Graz, Rouge H2 Engineering, presentaron un proceso sostenible para la producción descentralizada de hidrógeno, el llamado "método de hidrógeno de bucle químico". Los resultados de la investigación, que han sido premiados en varias ocasiones, han dado lugar a una planta compacta a demanda que puede producir hidrógeno a partir de biogás, biomasa o gas natural.

Ahora, Hacker y su equipo vuelven a llamar la atención. Esta vez en relación con los resultados concretos del proyecto en curso Biogas2H2. En una de las mayores plantas de demostración del mundo relacionadas con la industria, producen hidrógeno de gran pureza directamente en una planta de biogás existente a partir de biogás real, que incluye todas las impurezas presentes en el gas. El proyecto está financiado por la Agencia Austriaca de Fomento de la Investigación FFG.

Hidrógeno a partir de biogás en el sur de Estiria

"Demostramos que un sistema de bucle químico puede integrarse en una planta de biogás existente. Se produce hidrógeno de gran pureza para pilas de combustible a partir de biogás real, no sólo en el laboratorio, sino también a escala industrial", explica Viktor Hacker, del Instituto de Ingeniería Química y Tecnología Medioambiental de la Universidad Técnica de Graz. El biogás real -gas metano procedente de estiércol de cerdo, fase de glicerina, maíz ensilado y residuos de cereales- procede de la empresa del sur de Estiria Ökostrom Mureck GmbH. Allí están muy interesados en este pilar adicional. La opción de que el biogás genere hidrógeno verde para la movilidad sostenible, además de la electricidad, es por supuesto muy emocionante, según el director gerente Karl Totter.

Rouge H2 Engineering y la Universidad Técnica de Graz construyeron la planta de demostración en las instalaciones de la empresa en Mureck en el verano de 2021 y estará en funcionamiento a modo de prueba hasta finales de octubre. La planta de 10 kilovatios desvía alrededor del 1% del flujo de biogás (unos 30 litros por minuto) y lo mezcla con vapor. La mezcla fluye hacia el reactor de la planta. Allí, el biogás es reformado y se produce syngas. Este gas reduce posteriormente el óxido de hierro a hierro. A continuación, el vapor entra en el reactor, que vuelve a oxidar el hierro en óxido de hierro. Así se libera hidrógeno con un nivel de pureza del 99,998%.

Listo para su uso comercial

Este proceso de hierro/vapor alcanza una eficiencia del 75%. "Si en lugar del uno por ciento, canalizáramos todo el flujo de biogás de la planta de biogás de Mureck (unos 480 metros cúbicos por hora) a través de una planta de bucle químico correspondientemente ampliada, llegaríamos incluso a una planta de producción de hidrógeno de 3 megavatios. Esto significa que la tecnología ya está lista para su uso comercial. También podemos producir hidrógeno descentralizado a partir de biogás real a gran escala. Sólo hace falta un poco de espacio para nuestra planta. Por tanto, estamos abiertos a pedidos de la industria del biogás con efecto inmediato", subraya el director del proyecto Rouge H2, Gernot Voitic.

Este tipo de producción descentralizada también tiene un efecto positivo en el precio de producción y, por tanto, en el precio de compra del hidrógeno. Hacker añade: "Actualmente, el hidrógeno se ofrece en la gasolinera a 10 euros/kg. Los análisis tecnoeconómicos que forman parte de nuestro proyecto de investigación prevén un precio de hidrógeno competitivo de 5 euros/kg para el hidrógeno producido de forma descentralizada a partir de nuestro proceso. Esto hace que el proceso sea competitivo con otras tecnologías, como la electrólisis (5-12 euros/kg de hidrógeno).

El problema de la presión

Se ha demostrado que la tecnología funciona y que puede integrarse sin problemas en una planta de biogás ya existente. Sin embargo, aún quedan por resolver cuestiones clave relacionadas con la disponibilidad a nivel nacional. Entre ellas se encuentran: ¿Qué debe hacerse con el hidrógeno en el futuro? Y: ¿Quién dará el primer paso?

La idea de instalar una estación de servicio de hidrógeno además de la planta de producción de hidrógeno a partir de biogás es obvia. Pero el quid de la cuestión es que actualmente los vehículos impulsados por hidrógeno tienen que repostar a 700 bares de presión, "para meter la mayor cantidad posible de hidrógeno en un depósito lo más pequeño posible y conseguir así una autonomía atractiva", explica Viktor Hacker. La planta de bucle químico produce hidrógeno a una presión de hasta 100 bares, que es comparativamente alta, pero no suficiente para repostar. Comprimir el hidrógeno a 700 bares es complicado y caro. "Esta compresión tiene que realizarse en algún lugar, ya sea directamente en el lugar de producción o, a más tardar, en la estación de servicio, que, por supuesto, también podría suministrarse con hidrógeno embotellado. Los costes se acumulan, y esto nos lleva de nuevo al precio del surtidor".

Técnicamente, esta compresión no es necesaria: en principio, los vehículos de pila de combustible también pueden circular con sólo 2 bares de presión, sólo que no muy lejos. Así pues, la producción descentralizada de hidrógeno directamente en las plantas de biogás se prestaría a trayectos más cortos, por ejemplo para los tractores de hidrógeno (que actualmente ni siquiera están disponibles en el mercado) o para los vehículos de almacenamiento impulsados por hidrógeno, como las carretillas elevadoras.

Otras posibilidades de utilizar el hidrógeno "ex planta de biogás" serían llenarlo en bombonas para su posterior transporte, tender tuberías de hidrógeno directamente a los hogares equipados con pilas de combustible o utilizarlo en procesos industriales. Para Karl Totter, senior y junior, el camino está muy claro para Ökostrom Mureck GmbH: "Podríamos imaginarnos perfectamente utilizar nuestro biogás para producir hidrógeno y añadir una planta correspondiente a nuestro emplazamiento. Pero alguien tiene que comprarnos el hidrógeno. Por el lado de la demanda, todavía tiene que haber algún movimiento para que podamos dar este paso de inversión".

Para la investigación sobre el hidrógeno en la Universidad Técnica de Graz, ya no se trata de la aplicación concreta de la tecnología -aquí es donde entra Rouge H2 Engineering-, sino de su desarrollo posterior. En concreto, en septiembre de 2021 se inició el proyecto FWF Acceptor (financiado por el Fondo Científico Austriaco FWF), en el que Hacker y su equipo se centrarán en la vida útil ampliable del material basado en hierro del reactor.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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