Metanol a hidrógeno: planta de demostración para el suministro de energía sin conexión a la red mediante reformadores de vapor
En el centro técnico del Instituto Leibniz de Catálisis (LIKAT) de Rostock, un reformador de vapor de metanol alimenta una pila de combustible con hidrógeno de gran pureza en funcionamiento continuo y a temperaturas comparativamente suaves. Se trata de la primera planta de demostración en el rango de bajas temperaturas para este tipo de procesos, no mucho más grande que un armario y, por tanto, lo suficientemente compacta como para suministrar a zonas regionales energía eléctrica climáticamente neutra y sin conexión a la red, por ejemplo. La planta se desarrolló en colaboración con la Universidad Friedrich-Alexander (FAU) de Erlangen-Nuremberg, el promotor del proyecto, ATI Küste, y dos empresas de automatización e ingeniería de plantas de Sajonia-Anhalt y Berlín.
La planta superó la prueba funcional con 800 horas de funcionamiento continuo. Según el coordinador del proyecto, el químico de LIKAT Dr. Sebastian Wohlrab, utiliza el reformador para convertir catalíticamente metanol y agua en hidrógeno (H2), que a su vez se purifica directamente y alimenta así una pila de combustible conectada.
El proyecto conjunto, denominado MEGA (MEthanol reformer with innovative gas purification), ha sido financiado por el Ministerio Federal de Economía. La planta de demostración forma parte de un concepto sostenible de suministro de energía eléctrica neutro para el clima, especialmente en zonas rurales. "Y es independiente tanto de la red eléctrica como del viento y la luz solar", afirma el Dr. Henrik Junge, bajo cuya dirección se desarrollaron en LIKAT los catalizadores necesarios.
Almacenamiento químico del hidrógeno
El hidrógeno procedente de fuentes renovables tiene un gran potencial para la transición energética, pero sigue siendo difícil de transportar y almacenar, como explican Wohlrab y Junge. Como alternativa, el H₂ puede almacenarse químicamente en metanol, que es mucho más fácil de transportar y almacenar que el hidrógeno gaseoso.
"La idea que subyace a nuestro concepto es cerrar un ciclo", afirma el Dr. Junge. Por un lado, se trata de generar hidrógeno por electrólisis con electricidad eólica y solar y almacenarlo con CO₂ en metanol. Por otro, se trata de recuperar el hidrógeno del metanol durante los periodos de vientos en calma y oscuridad y utilizarlo en pilas de combustible para generar electricidad. El proyecto ahora finalizado se centró en el segundo paso, la liberación de hidrógeno de gran pureza mediante reformado con vapor a baja temperatura, y ahora demuestra la viabilidad del proceso.
Según los dos químicos, pronto será posible producir el metanol directamente en LIKAT a partir del dióxido de carbono, realizando en última instancia el ciclo completo de almacenamiento y utilización de energía química neutra para el clima basada en el hidrógeno. La nueva planta de síntesis de metanol ya está en construcción en el centro técnico, a pocos metros del reformador de vapor.
Sistema bicatalítico basado en rutenio
El reformador de vapor de metanol presenta varias ventajas frente a los procesos convencionales. "En primer lugar, gracias a un nuevo sistema bicatalítico basado en el rutenio, hemos conseguido mantener la temperatura del reactor por debajo de 150 grados centígrados", afirma Henrik Junge. Hasta ahora, lo normal eran temperaturas mucho más altas".
La segunda característica especial es la gran pureza del hidrógeno producido. Normalmente, el hidrógeno producido por estos procesos contiene cantidades perturbadoras de CO₂y monóxido de carbono (CO). El monóxido de carbono, en particular, tiene un efecto negativo en el funcionamiento y la vida útil de las pilas de combustible, como explica el Dr. Junge. Para las pilas de combustible de baja temperatura, actualmente las más potentes de su clase, el contenido de CO no debe superar las diez ppm (partes por millón). Sebastian Wohlrab: "Nuestra planta cumple los parámetros exigidos en todo momento gracias a un adsorbedor integrado".
Aportación de distintas áreas de experiencia
LIKAT reunió una amplia gama de conocimientos técnicos para llevar a buen término este proyecto conjunto. Los catalizadores utilizados, complejos de rutenio, son el núcleo del reformador y fueron sintetizados y optimizados principalmente por un estudiante de doctorado del instituto, Hendrick Kempf. Los químicos de procesos de la FAU Erlangen-Nürnberg mejoraron el catalizador para el proceso continuo aplicándolo a un soporte sólido en fase líquida mediante tecnologías especiales. Según el Dr. Junge, los dos tubos del reactor de la planta contienen "siete kilogramos de óxido de aluminio dopado con 130 gramos de nuestros catalizadores de rutenio".
ATI Küste GmbH combinó dos materiales adsorbentes en un adsorbedor compacto de oscilación de presión que elimina el hidrógeno del CO2 y el CO. Para no superar el valor límite de CO en el proceso posterior, los químicos conectaron un pequeño reactor de desplazamiento como módulo de protección adicional para la pila de combustible.
La empresa berlinesa Sigmar Mothes Hochdrucktechnik (HDT) construyó los componentes clave de la planta de demostración. El fabricante de sistemas de automatización GESA de Teuchern (Sajonia-Anhalt) desarrolló el sistema de control integral de la planta. El Dr. Wohlrab se encargó de instalar la planta en el centro técnico de LIKAT. Bajo la supervisión del Dr. Stefan Peters y la Dra. Alejandra Carbajal, empleados de su departamento, la planta se puso finalmente en funcionamiento. Se sometió a pruebas basadas en diversos escenarios, incluida la adición de metanol y agua y el régimen de temperatura. Su puesta a prueba se supervisó en funcionamiento por turnos.
Esperanza para la transición energética
Dr. Junge: "Basándose en estos resultados, las empresas están ahora en condiciones de desarrollar un producto sostenible con nuestra ayuda". Aparte del mantenimiento ocasional, una planta de este tipo funcionaría de forma autónoma.
"Hace unos quince años, sólo había un puñado de grupos trabajando en los fundamentos del almacenamiento químico de hidrógeno para el futuro suministro energético". Ahora, numerosos laboratorios de todo el mundo trabajan en este campo. Conceptos como éste representan la esperanza mundial de un suministro energético neutro para el clima.
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.
Más noticias del departamento ciencias
