Producción de hidrógeno: métodos convencionales. Parte 1
En la historia moderna de la humanidad se han experimentado crisis energéticas. El consumo de energía ha ido en aumento. Además, se estima que la demanda de ésta vaya aumentando 1.8% anualmente entre 2000 al 2030 [1]. Actualmente los combustibles fósiles son la principal fuente energética, cubriendo más del 80% de la demanda total de energía [2]. Asimismo, se estima que se requiera más energía en los próximos años. Pero el calentamiento global sigue aumentando y los combustibles fósiles se agotan. Razones por las cuales científicos han investigado las energías alternativas o energías renovables como fuentes energéticas. A lo largo de este trabajo también veremos la importancia de la producción de hidrógeno.
Buscando mermar el cambio climático sin que exista una escasez de energía. Se ha avanzado bastante en energías alternativas, como la energía solar, energía eólica, energía hidráulica, entre otras. Sin embargo, nos encontramos con un obstáculo: ¿Cómo almacenaremos y distribuiremos toda esa nueva energía? Quizá podremos utilizar la infraestructura actual o quizá utilizaremos nuevas maneras de hacerlo. Es donde entra el hidrógeno, un gas noble que no produce emisiones de CO2 en su proceso de combustión. Además, ha sido estudiado con relevancia en los últimos años. A continuación, se mostrarán procesos no convencionales para la producción de hidrógeno. Pero antes debemos definir qué es un proceso convencional.
Procesos convencionales
Los métodos convencionales son producto de reacciones termoquímicas, como el reformado de vapor, la gasificación o la pirolisis. Son llamados así porque necesitan mucha energía calorífica para llevarse a cabo y emplean combustibles fósiles para lograr su cometido. Éstos pueden ser líquidos o gaseosos, o bien, vapor de agua, solo así alcanzan las altas temperaturas que se requieren. También se puede optar por procesos electroquímicos, como la electrólisis. Este método no requiere altas temperaturas, pero sí demasiada energía eléctrica, lo cual aumenta considerablemente su costo de producción. Los procesos convencionales presentan una solución a corto plazo, ya que lo ideal sería generar un hidrógeno verde. Caracterizado por ser un desarrollo del gas noble libre de emisiones contaminantes. Asimismo, se estima un consumo del hidrógeno que crece 6% anualmente. En seguida se mostrarán dos de sus procesos de producción. [2]
Reformado con vapor de agua para producir hidrógeno
Es la reacción catalítica de una mezcla de hidrocarburos y vapor de agua a una elevada temperatura, donde se produce hidrógeno (H), dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO). Este proceso es el más utilizado actualmente para la obtención del hidrógeno, principalmente por ser menos método menos costoso. Se lleva a cabo mediante tres etapas: La primera fase es la de reformado a una temperatura aproximada de 900° C. Donde, en presencia de un catalizador, se produce la reacción del combustible con vapor de agua. Se lleva preferentemente en estado gaseoso. En la segunda fase se da una reacción de desplazamiento de agua (Water Gas Shift), donde se procede más hidrógeno y CO2 a partir del monóxido de carbono de la primera etapa. Esta fase debe ser tratada con una corriente de vapor de agua a una temperatura elevada. [3]
Los gases obtenidos son pasados por un condensador, donde el vapor de agua es retirado. El gas restante tiene hidrógeno, pero también otros componentes, por lo que debe ser depurado. Para ello se ocupa un sistema separador de membranas o de adsorción-desorción, donde se obtendrá un hidrógeno 99.99% puro. De igual manera, este proceso presenta un rendimiento aproximado del 90%. [3]
Producción de hidrógeno mediante Oxidación Parcial
Es un proceso exotérmico que oxida parcialmente a los hidrocarburos, con una cantidad de oxígeno menor a la estequiométrica. Lo que se obtiene es una mezcla de hidrógeno y de dióxido de carbono. La transformación se lleva a cabo a temperaturas superiores a los 800° C y la reacción necesita de oxígeno puro o aire en presencia de catalizadores. Este método presenta un rendimiento alrededor del 70%, aunque puede incrementarse al utilizar bioetanol hasta 14 puntos porcentuales. [2] [3]
Conclusión
Debemos señalar que ningún método o proceso es perfecto, ya que además de mostrar ventajas también tienen aspectos negativos. En el primer proceso una limitante es que solo se pueden emplear materias primas relativamente ligeras. En el caso de la oxidación parcial la elevada presencia de monóxido de carbono hace que exista una deposición de coque en el catalizador, sobre todo si se ocupa una presión elevada en la reacción. Es importante recalcar que son soluciones a corto plazo siempre y cuando se sigan utilizando combustibles fósiles. Ocurriría lo contrario si ocupásemos energía con base en biomasa. Estos métodos de producción de hidrógeno pueden cambiar o dejar de existir en el futuro conforme los avances científicos.
Bibliografía
[1] Tasri, A., & Susilawati, A. (2014, 1 septiembre). SELECTION AMONG RENEWABLE ENERGY ALTERNATIVES BASED ON A FUZZY ANALYTIC HIERARCHY PROCESS IN INDONESIA. ScienceDirect.
[2] Mahecha, E. A. (2018, mayo). USO DEL HIDRÓGENO COMO FUENTE ALTERNATIVA PARA ALIMENTAR PILAS DE COMBUSTIBLE. FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA FACULTAD DE EDUCACIÓN PERMANENTE Y AVANZADA ESPECIALIZACIÓN EN GESTIÓN AMBIENTAL BOGOTÁ D.C.
[3] García, L. (2017, 24 abril). PRODUCCIÓN CATALÍTICA DE HIDRÓGENO MEDIANTE REFORMADO CON VAPOR DE COMPUESTOS OXIGENADOS. UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS.
