Impulsar barcos con hidrógeno a partir de metanol

El transporte marítimo es una de las fuentes de gases de efecto invernadero que más crece, lo que lleva a los constructores y operadores de buques a buscar sistemas de propulsión alternativos y respetuosos con el medio ambiente. Los investigadores de Fraunhofer han unido sus fuerzas con otros socios para desarrollar el concepto HyMethShip, en el que el hidrógeno se obtiene a partir del metanol. Esta tecnología no requiere llevar grandes tanques de hidrógeno a bordo, lo que la hace mucho más segura. En el futuro, también puede resultar una solución atractiva para los cruceros.

Según la Agencia Europea de Medio Ambiente, el transporte marítimo es responsable de más del tres por ciento del total de las emisiones de carbono en la Unión Europea. Solo en 2019, las emisiones alcanzaron los 144 millones de toneladas de CO2. Puede parecer poco, pero el transporte marítimo es una de las fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero que más crece desde hace años debido al fuerte aumento del volumen de comercio. Por ello, los constructores y operadores navales de todo el mundo están buscando alternativas ecológicas a los motores convencionales de los barcos que funcionan con fuel o gasóleo. En este contexto, la atención se está desplazando cada vez más hacia el hidrógeno verde como fuente de energía limpia. Sin embargo, el transporte de grandes y pesados tanques especiales con hidrógeno presurizado en alta mar siempre implica un cierto riesgo.

Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS han trabajado con sus socios para desarrollar una tecnología que utiliza el hidrógeno como concepto de propulsión de cero emisiones y evita estos inconvenientes. El proyecto HyMethShip, financiado por la UE, utiliza metanol como portador de hidrógeno líquido. En este concepto, el barco se reabastece de metanol en el puerto. A bordo, el hidrógeno se obtiene a partir del metanol mediante un proceso de reformado al vapor y se utiliza para la propulsión del barco. "De este modo, matamos dos pájaros de un tiro: El barco tiene un sistema de propulsión de emisiones prácticamente nulas y no es necesario un depósito de hidrógeno grande y potencialmente peligroso", explica el Dr. Benjamin Jäger, del grupo de Catálisis y Síntesis de Materiales del Fraunhofer IKTS.

Llenar con metanol, quemar hidrógeno

La pieza central del sistema es el reactor. El metanol se mezcla con agua, se evapora aplicando calor y se introduce en el reactor precalentado, donde la mezcla de metanol y agua se convierte en hidrógeno y CO2. Cuando se trata de la separación de hidrógeno y de la ingeniería del reactor, el Fraunhofer IKTS puede aportar sus muchos años de experiencia en la tecnología de procesos de membrana. Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado una membrana cerámica recubierta de carbono. Las moléculas de hidrógeno escapan a través de los poros extremadamente finos de la membrana, mientras que las moléculas de gas de dióxido de carbono más grandes quedan retenidas. En este proceso, el hidrógeno alcanza un nivel de pureza superior al 90%. A continuación, se introduce en el motor, que se quema en un motor de combustión convencional, y no genera ningún gas de escape perjudicial para el clima.

El concepto de proceso utilizado en el proyecto incluye dos ingeniosos elementos de diseño adicionales que optimizan el sistema. En primer lugar, el calor residual del motor se utiliza para calentar el reactor, lo que aumenta considerablemente la eficiencia del sistema. En segundo lugar, el dióxido de carbono restante se devuelve a un estado fluido aguas abajo del reactor y se introduce en los depósitos de metanol vacíos. Cuando el barco llega a puerto, el CO2 se introduce en los tanques y puede utilizarse para el siguiente proceso de síntesis de metanol.

"El metanol es un portador de hidrógeno ideal para el transporte marítimo. Su densidad energética es dos veces mayor que la del hidrógeno líquido, por lo que los tanques de metanol a bordo sólo tienen que tener la mitad de tamaño. Además, puede transportarse de forma segura: Incluso si un tanque tiene una fuga, no hay ningún riesgo medioambiental agudo", afirma el Dr. Benjamin Jäger, experto del IKTS en este campo.

Durante el desarrollo, uno de los retos técnicos fue ampliar las membranas cerámicas para que pudieran utilizarse en el contexto de la propulsión que requieren los motores de los barcos. Los investigadores consiguieron escalar la membrana desde su longitud original de sólo 105 mm hasta 500 mm, lo que permite la propulsión de motores de hasta 1 MW. El objetivo a medio plazo es desarrollar sistemas de propulsión de 20 MW o más.

Viajes ecológicos en transbordadores y cruceros

Un sistema de propulsión con cero emisiones sería ideal para los transbordadores que navegan por rutas fijas entre dos puertos, y cada puerto tiene su propia estación de servicio de metanol. Sin embargo, esta tecnología también puede ser una solución atractiva para los portacontenedores y los cruceros. Los pasajeros concienciados con el medio ambiente se sentirían atraídos por los cruceros ecológicos con cero emisiones de gases de efecto invernadero y sin grandes chimeneas que liberen al aire el hollín del proceso de combustión del fuel.

En el proyecto HyMethShip, financiado por la UE, Fraunhofer IKTS trabajó con varios socios. El Centro de Competencia de Grandes Motores (LEC) de Graz (Austria) se encargó de la coordinación general del proyecto, mientras que la empresa SES-HyDepot e.U. de Innsbruck gestionó la instalación de pruebas a pequeña escala para validar el proceso técnico subyacente. Christian Mair, director general de SES-HyDepot, es optimista: "Las pruebas han demostrado que es posible suministrar hidrógeno a base de metanol. Ofrece perspectivas a medio plazo para los buques y sus importantes necesidades de energía".

La industria está empezando a recibir una presión política creciente en el contexto de la transición energética y el Green Deal europeo. En 2020, el Parlamento Europeo pidió a las compañías navieras que redujeran significativamente sus emisiones. Con su sistema de propulsión de hidrógeno sin emisiones, el proyecto HyMethShip podría hacer una importante contribución en este sentido. También hay aplicaciones potenciales en otras industrias. El principio de generación de hidrógeno a partir de metanol también puede aplicarse en diversos escenarios de la industria química.