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Demonstration of a combined heat and power 2 MWe PEM fuel cell generator and integration into an existing chlorine production plant

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Una central eléctrica de membrana de intercambio de protones convierte el hidrógeno derivado en electricidad con cero emisiones

Con el objetivo de contribuir a una economía hipocarbónica, el proyecto DEMCOPEM-2MW utiliza una central eléctrica de pila de combustible de membrana de intercambio de protones (MIP) para convertir el hidrógeno procedente de la industria cloro-álcali en electricidad. El proyecto ya está listo para su despliegue a escala industrial.

Energía

Las plantas de producción cloro-álcali (CA) utilizan electrolisis para convertir la salmuera —una solución de cloruro de sodio (NaCI)— en dicloro (Cl2) y sosa cáustica (NaOH). Estos productos son materias primas importantes para la industria química y su proceso de fabricación consume enormes cantidades de electricidad. Como subproducto se genera hidrógeno de gran pureza que, en muchas plantas CA especialmente en China, simplemente se libera a través del sistema de ventilación. El proyecto DEMCOPEM-2MW demostró que la tecnología de membrana de intercambio de protones (MIP) puede convertir este hidrógeno en electricidad, calor y agua, que las centrales eléctricas CA pueden utilizar con beneficios medioambientales y económicos. DEMCOPEM-2MW recibió financiación en el marco de la iniciativa de proyectos de colaboración de las Iniciativas Tecnológicas Conjuntas de la Unión Europea. Incorporación de la tecnología MIP La base del sistema DEMCOPEM-2MW son las pilas de combustible MIP, que transforman la energía química generada por la reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno en energía eléctrica. La parte principal de las pilas se denomina «triple frontera de fase» (TPB, por sus siglas en inglés) y es donde tienen lugar las reacciones y se mezclan el electrolito, el catalizador y los reactivos. «La instalación de tecnología MIP en fábricas con la función de utilizar el gas de hidrógeno para producir electricidad es relativamente sencilla. El hidrógeno simplemente se captura a través de un gaseoducto y la electricidad resultante hace que la planta CA consiga un ahorro de hasta un 20 % de sus costes de electricidad», señala el coordinador científico, Jorg Coolegem. El sistema es sostenible por definición, ya que el único reactivo es agua pura, lo que significa que no se producen gases de efecto invernadero, óxido de nitrógeno, partículas u otros componentes nocivos. El calor utilizado durante el proceso también puede emplearse, por ejemplo, para precalentar la salmuera (proceso necesario para la electrolisis) y para producirla, por ejemplo, puede usarse el agua desmineralizada producida por la oxidación del hidrógeno. La instalación está pensada para durar veinte años a pleno rendimiento. Aunque las pilas de combustible se reemplazarán varias veces durante ese tiempo, están diseñadas para que la mayoría de los componentes puedan reciclarse y reutilizarse. Para mantener unos costes de fabricación y mantenimiento bajos, las pilas de combustible (especialmente las membranas, los electrodos y el catalizador) están construidas para una larga vida útil y diseñadas para reducir al mínimo la pérdida de energía. El sistema funciona de forma automática, se dirige desde un controlador lógico programable y la supervisión (diagnóstico del sistema) y el funcionamiento (por ejemplo, para iniciar/parar o cambiar la capacidad de producción) se realizan de forma remota. Listo para su despliegue Tras el desarrollo de una unidad de 1 MW, el proyecto logró otro hito con el sistema de corriente de 2 MW, diseñado y fabricado en MTSA, una planta de los Países Bajos. Después de instalar las pilas de combustible, producidas por Nedstack, se probó con éxito el sistema completo. La tecnología ya está lista para su despliegue. De hecho, se llevó a cabo una prueba de aceptación en fábrica satisfactoria con Ynnovate en Yingkou (China), empresa que ha adquirido el sistema. «China es el mercado perfecto debido al alto precio de la electricidad (hasta el doble que en Europa) y a que poseen el 50 % de la producción CA mundial, lo que hace que la electricidad eficiente sea fundamental», explica Jan ten Have, coordinador técnico. Aparte de los mercados en los que el hidrógeno ya es un subproducto de la producción, otra vía potencial podría ser el mercado «power-to-power» (P2P), en el que el exceso temporal de energía renovable (por ejemplo, de origen eólico o solar) se almacena como hidrógeno. Durante la escasez de energía renovable, este hidrógeno podría electrificarse mediante una central energética MIP. Esta tecnología también podría ser adoptada por el sector del transporte, por ejemplo, en el sector marítimo y ferroviario.

Palabras clave

DEMCOPEM-2MW, energía, electricidad, cero emisiones, economía hipocarbónica, hidrógeno, membrana de intercambio de protones, cloro-álcali, salmuera, oxidación, renovable

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