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TECNOLOGÍA. La producción de hidrógeno in situ se acelera en el mercado

 

Un nuevo diseño de generador de hidrógeno, de aproximadamente 11 pulgadas de diámetro, combinado con un intercambiador de calor de microcanales, permite la producción in situ de hidrógeno en las estaciones de servicio. Fuente: Scott Butner | Fotografía de Scott Butner, LLC

Una nueva tecnología que genere hidrógeno a partir de gas natural convencional, o gas natural renovable a partir de biomasa, podría ser el próximo gran avance en el desarrollo de la Autopista del Hidrógeno de California, los vehículos y camiones con celdas de combustible y la creación de otros productos valiosos.

Pequeños canales, aproximadamente del ancho de una tarjeta de crédito, que transfieren calor sustentan la tecnología desarrollada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE.UU. Estos microcanales son fundamentales para impulsar de manera eficiente la energía hacia las reacciones químicas que producen  para el transporte, la generación de electricidad y otros fines industriales.

El  desarrollado por PNNL se adjudicó a una empresa de nueva creación de tecnologías limpias de Richland, Washington, STARS Technology CorporationEl generador de hidrógeno presenta dos innovaciones recientes que pueden reducir el costo del hidrógeno. 

El primero es un nuevo proceso de fabricación aditiva que ha obtenido la licencia de STARS TC y SoCalGas, una empresa de distribución de gas con sede en Los Ángeles que atiende a 22 millones de personas en el centro y sur de California. El segundo es un nuevo diseño de reactor en espiral que distribuye el calor con mayor precisión y mejora la eficiencia del reactor. Este diseño, con licencia exclusiva de SoCalGas, minimiza la energía requerida para producir hidrógeno al tiempo que aumenta la durabilidad y seguridad del reactor.

"Un uso a corto plazo de esta tecnología de microcanales sería la fabricación de hidrógeno para  pila de combustible ", dijo Yuri Freedman, director senior de investigación y desarrollo de SoCalGas. "Debido a que esta tecnología ocupa poco espacio y aumenta sustancialmente la eficiencia del proceso que transforma  en hidrógeno, hace que el hidrógeno sea mucho más limpio y más fácil de entregar; podría producir hidrógeno en cualquier lugar donde haya un gasoducto de gas natural cercano. Para nosotros en SoCalGas , este es un paso importante para alcanzar nuestro objetivo de lograr cero emisiones netas de gases de efecto invernadero. en nuestras operaciones y suministro de energía para el año 2045. Esta tecnología podría cambiar drásticamente la producción y el uso de hidrógeno en California, impulsando los esfuerzos de SoCalGas para cumplir con los objetivos climáticos de California y nuestros clientes ".

Alimentando la infraestructura de hidrógeno

Debido a que la tecnología STARS puede generar hidrógeno en cualquier lugar donde haya gas natural disponible, los desarrolladores dicen que esta tecnología puede reducir en gran medida la necesidad de transportar hidrógeno en remolques especiales de tubos de alta presión. La eliminación del transporte por carretera mejora la seguridad pública, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y ayuda a que los costes de producción de hidrógeno en el punto de uso sean competitivos con los combustibles convencionales.

 "Se pueden colocar en cualquier lugar a lo largo del sistema de distribución de gas natural, por lo que se convierte en una 'red de hidrógeno' al proporcionar hidrógeno económico para las estaciones de servicio en cantidades que coinciden con la demanda en el sitio".

Produciendo hidrógeno a partir de metano

El elemento más abundante del universo, el hidrógeno, suele formar parte de otros compuestos como el agua o el metano. El gas natural está compuesto principalmente de metano, uno de los portadores de hidrógeno más eficientes de la naturaleza. Los procesos convencionales de producción de hidrógeno que utilizan gas natural a veces pueden emitir  y utilizar mucha energía, gran parte de ella generada a partir de fuentes emisoras de carbono. 

Pero con el nuevo generador de hidrógeno, se puede utilizar una variedad de enfoques de calefacción más eficientes, incluida la energía solar térmica concentrada y la calefacción solar-eléctrica inductiva, para calentar el gas natural y el agua para romper los enlaces químicos, emitiendo un 30 por ciento menos de dióxido de carbono que otros sistemas comunes de transformación de metano a hidrógeno.


Un video de lapso de tiempo muestra la “impresión” 3-D de un reactor de reformado de vapor y metano utilizado para producir hidrógeno. La técnica de fabricación avanzada es económica y puede promover el uso de vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Fuente: PS Media


El metano y el vapor viajan a través de microcanales espirales compactos, de no más de unos pocos milímetros de espesor, que exponen rápida y uniformemente la mezcla gaseosa al calor que impulsa  y libera el hidrógeno del gas natural y el agua.

Esta primavera, SoCalGas recibirá un generador de hidrógeno de STARS TC, que incluirá seis pequeños reactores modulares, cada uno de aproximadamente 25 cm de diámetro. STARS TC está compuesto en gran parte por ex empleados de PNNL, uno de los cuales fue el inventor original de la tecnología de microcanales en PNNL.

Impresión 3D para reducir el costo de producción de hidrógeno

Recientemente, PNNL, STARS TC y SoCalGas colaboraron en los avances del sistema de generación de hidrógeno, incluido el diseño de microcanal en espiral. Este equipo también ha desarrollado un proceso novedoso que utiliza métodos de impresión 3D para construir los reactores químicos productores de hidrógeno.

"Este proceso de fabricación aditiva reduce los costos de fabricación al reducir las piezas, formar formas geométricas que serían casi imposibles de crear mediante procesos de fundición o mecanizado y eliminar los pasos de fabricación que requieren mucho tiempo", dijo Sara Hunt, gerente de comercialización de tecnología en PNNL. "La tecnología patentada incluye enfoques únicos para construir estructuras dentro del dispositivo para mejorar la transferencia de calor. También permite recubrir o impregnar el material con catalizadores que aceleran la tasa de conversión química en energía".

Por separado, PNNL, SoCalGas y otros también están colaborando en nuevos reactores químicos novedosos que coproducen hidrógeno y materiales de carbono sólido, como productos de fibra de carbono y nanotubos de carbono , que pueden compensar aún más el coste de la producción de hidrógeno libre de gases de efecto invernadero. Esto, combinado con el uso adicional de  significa que estos sistemas de reactores podrían ayudar a SoCalGas en su búsqueda de emisiones netas cero para 2045.

El desarrollo del generador de hidrógeno con tecnología de microcanales ha sido apoyado por el Instituto RAPID y las oficinas de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE.UU., incluidas las Tecnologías de Hidrógeno y Celdas de Combustible, Tecnologías de Energía Solar y las Oficinas de Fabricación Avanzada.

Fuente: Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL)


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