Secado a gas con hasta un 90 por ciento menos de energía
Gas natural, biometano, hidrógeno: A cada uno de ellos hay que quitarle su contenido de agua antes de que puedan entrar en la red de suministro. Hasta ahora, este proceso requería el uso de productos químicos y altas temperaturas. Ahora, una nueva tecnología desarrollada por investigadores del Instituto Fraunhofer permite obtener este resultado utilizando membranas nanoporosas de forma rápida, limpia y con un consumo mínimo de energía. Esto permite a los proveedores de energías renovables recortar costes y reducir las emisiones nocivas para el clima.
El agua presente en el hidrógeno, el gas natural o el biometano puede provocar corrosión en las tuberías y poner en peligro la funcionalidad de válvulas o sensores. Hasta ahora, la práctica ha consistido en exponer estos gases al trietilenglicol (TEG) para que absorba el agua que contienen antes de introducirlos en la red. A continuación, el agua absorbida se elimina por destilación a unos 200 grados Celsius antes de reutilizar el producto químico. Sin embargo, las altas temperaturas provocan grietas en el TEG, generando gases indeseables que hay que quemar, un proceso que consume mucha energía y genera emisiones de carbono.
Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS de Hermsdorf han desarrollado un método innovador que utiliza la tecnología de membranas para extraer el agua del gas. El gas pasa a través de un tubo cerámico cuya superficie interior está recubierta de una capa nanoporosa ultrafina que actúa como membrana. Como las moléculas de agua son más pequeñas que las de gas, atraviesan los poros y son conducidas al exterior a través del soporte cerámico poroso.
Hannes Richter, responsable de Membranas Nanoporosas, enumera las ventajas: "Este proceso prescinde del TEG y, por tanto, elimina la necesidad de destilación e incineración de residuos. Ahorramos hasta un 90% de la energía utilizada por la tecnología convencional de secado de gases, y no hay ningún tipo de emisiones de carbono."
Planta piloto de Stassfurt, donde el gas se seca mediante membranas cerámicas.
© Fraunhofer IKTS
Nanoporos para moléculas de agua
Los investigadores de Fraunhofer tuvieron que desarrollar una membrana nanoporosa que permitiera separar el agua de los gases. El grosor de la capa se mide en micrómetros, mientras que los poros tienen un tamaño de 0,4 nanómetros. Esta membrana se aplica a un soporte cerámico. Las moléculas de agua tienen un tamaño de 0,28 nanómetros, por lo que pueden atravesar los poros. Adrian Simon, Director del Grupo de Membranas de Zeolita y Carbono, describe el reto: "El material nanoporoso que recubre el soporte cerámico debe formar una capa perfectamente sellada, de lo contrario no puede funcionar como membrana para las moléculas de agua y también permitiría el paso de moléculas más grandes."
El equipo de investigación ha desarrollado dos tipos de membrana: una a base de carbono para secar biometano y otra a base de zeolita para gas natural e hidrógeno. La zeolita es un material cristalino compuesto de silicio, aluminio y oxígeno. La membrana se crea vertiendo una suspensión de zeolita en el tubo cerámico, donde se adhiere a la superficie interior. Tras calentar el tubo en una solución de síntesis, los cristales de zeolita crecen y se funden en una capa cerrada.
La versión a base de carbono se produce a partir de un precursor orgánico, que se vierte igualmente en el tubo. Así se forma una fina capa de polímero con propiedades definidas, que se calienta a continuación en ausencia de oxígeno. A temperaturas superiores a 700 grados Celsius, el polímero se convierte en una capa de carbono no porosa.
El equipo de investigación consiguió optimizar el proceso de producción tras numerosas pruebas y fases de desarrollo, durante las cuales el instituto Fraunhofer de Hermsdorf pudo aprovechar años de experiencia en tecnología de membranas de alta gama y manipulación de materiales cerámicos.
Reducir el coste de las energías renovables
Richter, investigador de Fraunhofer, describe el siguiente paso: "Actualmente estamos ampliando la tecnología desde las dimensiones de una planta piloto hasta su aplicación industrial".
La tecnología de Fraunhofer ofrece a los operadores de gasoductos la oportunidad de secar biometano, gas natural o hidrógeno de forma rápida y limpia, minimizando al mismo tiempo el consumo de energía y protegiendo así sus sistemas y reduciendo costes. Los expertos de Fraunhofer IKTS pueden asesorar a proveedores de energía, operadores de redes y fabricantes de plantas sobre la construcción de plantas piloto o trabajar con ellos para desarrollar los conceptos correspondientes.
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