PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

Central termosolar española PS.10

Hemos visto en anteriores entradas que el hidrógeno se convertirá en la principal forma de transportar energía para lograr la necesaria electrificación del transporte. Pero el hidrógeno no es una fuente de energía, su función es servir de vector energético. De ahí se deduce que el hidrógeno será tan respetuoso con el medio ambiente como lo sea la fuente energética utilizada para su obtención.

Métodos de obtención:

1. Reformado de gas natural con vapor de agua: El hidrógeno se produce en la actualidad casi en su totalidad del gas natural, porque es la forma más económica de fabricarlo, simplemente hay que romper los enlaces de la molécula de metano (CH4) y convertirlo en CO2 y H2 en dos etapas. La primera es la transformación en una mezcla de CO y H2 (gas de síntesis), y la posterior converisión de monóxido a dióxido, aumentando la producción de hidrógeno mediante la reacción de gas de agua
 (CO + H2O =>CO2 + H2). La transformación tiene lugar a elevada presión y temperatura lo que tiene su coste energético. La eficacia global de conversión es del 65%. Este metodo también se puede emplear con las facciones ligeras del petróleo o alcoholes, auqnue aumentado la emisión de CO2 a la atmósfera. En la actualidad el 99% del hidrógeno se produce industrialmente siguiendo los metodos 1 y 2.

2. Gasificación del carbón y facciones pesadas del petróleo: La obtención desde el carbón sería la opción más deseada por los norteamericanos que son la primera potencia mundial en producción y reservas de carbón. Aunque sin duda es la opción ¡menos ecológica! Para lograrlo primero habría que regasificar el carbón. Es decir la obtención de metano mediante la aplicación de calor y vapor de agua (carbón+vapor de agua= metano). Una vez obtenido el metano se sigue el procedimiento que ya expusimos (metano= carbón + hidrógeno). Las reacciones principales son la pirólisis y la oxidación parcial. Este tipo de reacciones tambien son aplicables a la biomasa con lo que las emisiones totales de CO2 se compensan.

3. Procesos termoquímicos: Se basan en la utilización del calor para provocar la disociación del agua en hidrógeno y oxígeno. Aunque un tratamiento purametne térmico resulta inviable pues se necesitan alcanzar temperaturas proximas a los 3000ºC. De todos modos, si queremos evitar el cambio climático y la excesiva dependencia de los combustibles fósiles, tenemos que encontrar un modo alternativo de producción. Las centrales nucleares de IV Generación serán una buena opción ya que al funcionar a temperaturas elevadas (superiores a los 900ºC) facilitan la producción mediante ciclos de reacciones químicas:

Métodos de producción de H2 en centrales nucleares de alta temperatura:

• Sulfur-Iodine, GA, JAERI, Sandia and others
–850oC 2 H2SO4-> 2 SO2 + 2 H2O + O2
–450oC 2 HI-> I2 + H2
–120oC I2 + SO2 + 2 H2O-> 2 HI + H2SO4
Se trata de un proceso cíclico en el que el ácido sulfúrico y el yodo hacen de cataliza- dores, y no se consumen. En el ciclo sólo entra agua y energía y sale hidrógeno y oxígeno.

• UT-3, University of Tokyo
–600oC 2Br2 + 2CaO-> 2CaBr2 + O2
–600oC 3FeBr2 + 4H2O-> Fe3O4 + 6HBr + H2
–750oC CaBr2 + H2O-> CaO + 2HBr
–300oC Fe3O4 + 8HBr-> Br2 + 3FeBr2 + 4H2O
Otro ciclo, semejante al anterior pero utilizando como catalizadores el óxido férrico, la cal y el bromo. Su ventaja sobre el anterior es que puede realizarse con una temperatura más baja, 750 ºC.

Pero las nucleares se enfrentan a muchos problemas y entre ellos, el principal, la aceptación pública.

4. Electrolísis a partir de energías renovables (hidráulica, eólica, fotovoltaica, geotérmica, solar térmica). Es la opción con mejor opinión pública pero con los costes de explotación más caros, tanto que la hace prácticamente inviable. En todos los casos lo que se utiliza es la electricidad obtenida para producir el hidrógeno directamente del agua mediante electrolísis. El rendimiento es muy elevado 65-85% y el hidrógeno así obtenido se encuentra libre de CO2 y de otros gases contaminantes. El problema de la electrolísis es que es muy intensiva energéticamente hablando y necesita de carísimos catalizadores como el platino. Ello subiría el coste del kg de hidrógeno a unos niveles que lo hacen prácticamente inviable desde el punto de vista económico.

Sin embargo entre las energías renovables existe una excepción, la solar térmica de concentración alcanza también temperaturas muy elevadas (semejantes a las de las centrales nucleares de nueva generación), por lo que podrían ser una opción a tener en cuenta. Con una central solar térmica se pueden obtener 175 GWh/km2 al año, con un rendimiento apreciable que se sitúa entre un 20% y un 30%. Eso supone que con una superficie de unos 600.000 km2 se podría generar el hidrógeno necesario para reemplazar al petroleo en el transporte mundial.

Pero hay que tener en cuenta que esa superficie equivale a la extensión de toda la península Ibérica, y que las plantas habría que instalarlas en lugares desérticos conformados por amplias llanuras (de escasa pendiente), para conseguir que fueran rentables. Con el método solar gran parte de nuestro suministro energético seguiría dependiendo de países extranjeros no necesariamente estables o amistosos.

5. Fotoprocesos: Conjuntod de procesos que tiene en común la radiación solar para producir hidrógeno a partir de agua o de biomasa. Las técnicas fotovoltáicas se basan en el ciclo de la fotosíntesis de las plantas, algunas bacterias y algas. El problema que plantean estos métodos son los mismos que tubo que resolver la naturaleza en su momento. La mayor parte de las enzimas capaces de catalizar la disociación del agua se inhiben en presencia de O2. Todos los fotoprocesos, tanto los de origen bioquímico como los fotovoltáicos presentan eficiencias muy bajas, inferiores al 15%.