Produccion de hidrogeno

...

- Oxidación parcial

El hidrocarburo se mezcla con oxígeno puro o vapor de agua, se calientan, se mezclan y queman dentro del reactor a unos 1100°C. La eficiencia de este método es relativamente elevada, pero menos eficiente que el reformado por vapor (SMR) debido a que opera a elevadas temperaturas y presiones y existe el problema de la recuperación del calor. Tiene unos costes de inversión y operación elevados si se opera con oxígeno puro. Sin embargo, el uso de aire en vez de vapor, y debido a que es una reacción exotérmica, hace que no se necesite aporte de energía externa durante el proceso.

A la salida del reactor se produce H2S que es eliminado para evitar la desactivación. A continuación en el reactor WGS se convierte CO en H2 y se produce la eliminación del CO por metanación y de CO2 por absorción.

CH4 + O2 -> CO + 2H2

- Bajo tiempo de contacto

- Catalizadores metálicos

- Ausencia de carbono (a baja P)

- Producción masiva de CO2

- Elevados costes de inversión

- Automoción

El combustible entra al calentador y se forma el reformado donde se le introduce agua. La mayor parte del CO se elimina del reformado mediante la reacción WGS. El contenido de CO se reduce a nivel de ppm mediante una oxidación selectiva.

- Descomposición directa de CH4

CH4 -> C + 2H2

Se requiere gran energía para romper el enlace C-H, la reacción es catalizada por algunos metales y el H2 es el producto principal (además se forma acetileno).

- Gasificación y pirólisis de la biomasa

- Gasificación

El material lignocelulósico se oxida parcialmente a temperaturas superiores a 1.000 ºK, se produce una fracción gaseosa junto a un residuo carbonoso que se reduce posteriormente para formar posteriormente H2, CO, CO2 y CH4. La gasificación de la biomasa en presencia de O2 genera una corriente gaseosa rica en hidrógeno que se reforma con vapor de agua a la salida del gasificador con el objetivo de producir hidrógeno adicional. El inconveniente principal de la gasificación de biomasa es la formación de alquitrán.

- Pirólisis

La pirolisis consiste en calentar la biomasa de manera súbita a temperaturas entre 400-600ºC en ausencia de oxígeno.

En ambos casos se obtiene una mezcla gaseosa compuesta principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono (gas de síntesis), metano y dióxido de carbono, además de un residuo líquido-sólido de alquitrán, brea y carbón, entre otros. La composición exacta de los productos depende en gran medida del origen y naturaleza de la biomasa, y puede llegar a proporcionar alrededor de un 40% de H2 en el gas.

- Procesos foto-biológicos

El hidrógeno puede producirse también mediante sistemas biológicos. Algunos microorganismos fotosintéticos son capaces de realizar la ruptura de la molécula de agua en sus componentes (H2 y O2). Algunas algas, producen H2 cuando se iluminan con luz visible o cuando se mantienen en condiciones anaerobias y en ausencia de luz. Aunque la velocidad de producción de H2 por unidad de peso conforme a la vía fermentativa es menor que la obtenida mediante irradiación con luz, la producción se mantiene estable debido a la ausencia de oxígeno. Las cianobacterias producen también hidrógeno mediante fermentación, en ausencia de luz y en condiciones anaerobias.

Aunque es un recurso de gran potencial, es un proceso de producción lento, donde las eficiencias de conversión son bajas.

El mayor problema a solucionar está ligado a la hidrogenasa, la enzima responsable de la producción de hidrógeno, ya que es fuertemente sensible al oxígeno liberado por la fotosíntesis del organismo.

- Procesos térmicos

Estos procesos no son catalíticos e incluyen la disociación termoquímica del agua usando el calor de una fuente energética a elevada temperatura, como por ejemplo reactores nucleares y hornos solares. El calor puede utilizarse para llevar a cabo reacciones químicas en serie con la producción neta de H2 y O2 a temperaturas por encima de 950 K.

Pilas de combustible

Dispositivo electroquímico de conversión de la pila que proporciona elevados rendimientos, tiene un funcionamiento silencioso, no produce ningún tipo de emisión o ruido y tienen una duración larga.

Fundamentalmente una pila de combustible es un apilamiento (con conexiones internas en serie) de células o celdas individuales. Estas celdas están formadas por dos electrodos (ánodo y cátodo) donde se producen respectivamente la oxidación del hidrógeno y la reducción del oxígeno, y por un electrolito (que puede ser un medio tanto ácido como básico) que permite el intercambio de los iones que generan ambas reacciones. Uniendo cada dos celdas existe un elemento de unión, denominado normalmente placa bipolar (que además facilita la canalización de los gases) que permite la circulación de los electrones, que pasando por el circuito externo, completan las reacciones.

Las pilas de combustible se clasifican normalmente atendiendo al electrolito que utilizan. Entre las de baja temperatura están las alcalinas (AFCs) y las de polímeros (PEMFCs). Las pilas de combustible de media temperatura son las de ácido fosfórico (PAFCs), y las de alta temperatura son las de carbonatos fundidos (MCFCs) y las de óxidos sólidos (sofás). A mayor temperatura mayor eficiencia.

Transporte y almacenamiento de hidrógeno

Para distancia cortas se utilizan tuberías de alta presión (caras, -> Gas comprimido) y recipientes cilíndricos. Para distancias mayores se utiliza H2 líquido en tanques para su posterior evaporación. Si es gas se almacena en tanques de alta P, y es líquido en cilindros criogénicos. Si es sólido, depende de cómo sea la adsorción: química (hidruros metálicos (caros, lentos y consumen