Una tecnología innovadora para disociar el metano podría revolucionar la producción de hidrógeno
El principal subproducto de la combustión del hidrógeno es el vapor de agua, y no el dióxido de carbono (CO2), lo que convierte a este gas en una alternativa atractiva a los combustibles fósiles. El hidrógeno es el combustible con mayor contenido energético por unidad de masa, casi tres veces superior al de la gasolina(se abrirá en una nueva ventana), por lo que es ideal para sectores en los que el peso es un factor muy importante, como el aeroespacial. Además se puede almacenar, transportar y distribuir empleando la infraestructura existente, con las adaptaciones necesarias. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno se produce a través de procesos que requieren combustibles fósiles o por electrólisis y, según Terje Hauan, coordinador del proyecto financiado con fondos europeos ColdSpark(se abrirá en una nueva ventana), ambos presentan problemas. «La producción convencional de hidrógeno genera muchas emisiones de carbono y requiere un uso intensivo de recursos. «Los procesos que emplean combustibles fósiles requieren energía, agua y catalizadores, y generan muchas emisiones de CO2, mientras que la electrólisis demanda cantidades importantes de electricidad y agua». Por ello, en el proyecto ColdSpark se desarrolló una tecnología de plasma frío que disocia el metano (o biometano) en hidrógeno, eliminando las emisiones directas de CO2, y dando lugar a un valioso coproducto: el carbono sólido. «El proyecto propone una vía de producción de hidrógeno más limpia y potencialmente más económica, con menor consumo de energía y sin necesidad de agua», explica Hauan, del SEID(se abrirá en una nueva ventana), entidad de acogida del proyecto.
El innovador reactor de plasma frío
El hidrógeno se puede producir mediante electrólisis con electricidad renovable (hidrógeno verde), mediante el reformado de metano con vapor y captura de carbono (hidrógeno azul), o con el craqueo o disociación de metano o biometano (hidrógeno turquesa). Este último es el método utilizado por ColdSpark. A diferencia de la producción convencional de hidrógeno, el reactor del proyecto (registrado como ColdSpark®) utiliza energía eléctrica para generar un campo de plasma frío que hace colisionar las moléculas de metano, rompiendo sus enlaces químicos para producir gas hidrógeno y carbono sólido. En lugar de suministrar un flujo continuo de energía, ColdSpark® emplea pulsos más complejos, que concentran mayor energía en el gas reactivo y ofrecen a los operadores un control más preciso del plasma. «Las reacciones químicas se pueden producir sin calentar todo el flujo de gas a temperaturas extremadamente altas, lo que mejora la eficiencia energética y del reactor», comenta Hauan.
Validación de la estrategia de doble producto
«Los experimentos físicos y la modelización cinética química de distintas configuraciones de plasma permitieron seleccionar los diseños más adecuados para el escalado industrial. A esto se sumaron experimentos de adsorción y simulaciones con tamices moleculares, que posibilitaron validar tecnologías de separación por vacío para extraer el hidrógeno del metano sin reaccionar. Con miras a la comercialización, el equipo del SEID llevó a cabo pruebas operativas de larga duración, en las que se identificó un modo de funcionamiento crítico que mejoró de forma notable la eficiencia energética. También se efectuaron evaluaciones económicas y de sostenibilidad. «Los resultados demostraron que la competitividad de la tecnología depende del grado de sostenibilidad de la electricidad de la región, del valor de mercado del carbono sólido producido y de alcanzar determinados umbrales de conversión del metano», observa Bjarte Kvingedal, director técnico.
Una tecnología energética más limpia que alimenta nuevas oportunidades económicas
Las innovaciones de ColdSpark contribuyen a muchas iniciativas y objetivos de la Unión Europea. Por ejemplo, de forma directa, a la Estrategia Europea para el Hidrógeno y el Plan REPowerEU(se abrirá en una nueva ventana) y, de forma más general, al Pacto Verde Europeo(se abrirá en una nueva ventana), la neutralidad climática, la seguridad energética y la economía circular. «El uso de metano procedente de residuos agrícolas o municipales podría reducir la dependencia de las importaciones energéticas, mientras que el coproducto de carbono sólido favorecer cadenas de suministro más sostenibles», comenta Hauan. «Además, la población se beneficia de mejores condiciones ambientales y sanitarias, así como de nuevas oportunidades económicas, sobre todo en zonas rurales donde podrían implantarse sistemas de hidrógeno descentralizados». Entre sus aplicaciones más probables se incluyen el suministro de hidrógeno para la producción hipocarbónica de acero, las industrias química y de refinado, el apoyo a pilas de combustible para el transporte pesado y el almacenamiento de energía, así como la obtención de materiales de carbono de gran calidad para baterías, materiales compuestos, construcción, neumáticos, entre otros. Está previsto efectuar demostraciones adicionales para validar el rendimiento en condiciones reales de funcionamiento. Gracias al diseño modular del reactor, que podría integrarse en la infraestructura existente de gas natural o biometano, el equipo confía en que la entrada al mercado será rápida.
