otros combustibles-hidrogeno

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    Produccin, almacenamiento y distribucin de hidrgeno

    Antonio Gonzlez Garca-Conde Presidente de la Asociacin Espaola del Hidrgeno

    Director del Departamento de Aerodinmica y Propulsin Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial

    1 INTRODUCCION Las preocupaciones sobre el cambio climtico global y la degradacin medioambiental resultante del uso de los combustibles fsiles como fuente primaria de energa, junto con las inquietudes sobre la seguridad en el suministro energtico, han llevado a muchos analistas a proponer al hidrgeno como portador universal de energa para el futuro. El uso del hidrgeno como vector energtico permite el desarrollo de un amplio nmero de tecnologas. En concreto, las pilas de combustible alimentadas con hidrgeno pueden alcanzar eficiencias elevadas y presentan una gran variedad de posibles aplicaciones, tanto mviles como estacionarias. En el caso de que las lneas de desarrollo actuales lleguen a buen trmino, el hidrgeno y las pilas de combustible podrn contribuir de forma sustancial a alcanzar los objetivos clave de las polticas energticas (seguridad de suministro, reduccin de emisiones de CO2), especialmente en el sector transporte. Los resultados alcanzados en los ltimos aos en los programas de investigacin, desarrollo y demostracin han incrementado claramente el inters internacional sobre estas tecnologas, de las que se piensa que tienen el potencial de crear un cambio de paradigma energtico, tanto en las aplicaciones de transporte como en las de generacin distribuida de potencia. A largo plazo, la incorporacin del hidrgeno como nuevo vector energtico, ofrece un escenario en el que se podr producir hidrgeno a partir de agua, con electricidad y calor de origen renovable, y ser posible su utilizacin para atender a todo tipo de demandas, tanto las convencionales de la industria, en las que el hidrgeno juega un papel de reactivo en procesos diversos, como las energticas en las que jugara su nuevo papel de portador de energa. Las nicas emisiones que llevara asociada la utilizacin del hidrgeno renovable seran xidos de nitrgeno que se produciran en procesos de combustin. Sin embargo, su uso en pilas de combustible llevara a emisiones nulas. Si la fuente del hidrgeno es el gas natural o el carbn, entonces ser esencial la captura y almacenamiento del CO2 para lograr ahorros en emisiones, pero, en cualquier caso, los vehculos propulsados por pilas de combustible alimentadas con hidrgeno siempre reducirn las emisiones locales, dado que en el uso final el nico efluente es vapor de agua. La visin de este sistema econmico-energtico del H2, se basa en la expectativa de que el hidrgeno pueda producirse a partir de recursos domsticos, de forma econmica y medioambientalmente aceptable y en que las tecnologas de uso final del hidrgeno (pilas de combustible) ganen una cuota de mercado significativa. Los que en el mundo abogan por el hidrgeno indican que, si se alcanzan estas expectativas, una economa del hidrgeno beneficiar al mundo proporcionando una mayor seguridad energtica porque, como veremos en este captulo, se diversificarn las fuentes de energa, y una mayor calidad medioambiental porque se reducirn significativamente las emisiones locales y globales. As mismo, con el hidrgeno se potenciar el uso de las fuentes renovables de energa. Sin embargo, alcanzar este objetivo requiere superar muchos desafos tcnicos, sociales y polticos, siendo quizs los ltimos de ms relevancia que el primero. De las muy diversas opciones tecnolgicas, la posibilidad de disponer de vehculos propulsados por hidrgeno con pilas de combustible quizs es la que se encuentra ms alejada en el tiempo, aunque es la que ha atrado un inters sin precedentes y unos grandes volmenes de inversin en investigacin, procedentes tanto de los gobiernos como de las compaas privadas de automocin y del sector energtico en general. Indudablemente, la posibilidad de reemplazar al

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    petrleo y sus derivados en el transporte, es lo que ofrece mayores garantas para la seguridad del suministro y la reduccin de las emisiones.

    2 PRODUCCIN DEL HIDRGENO. El hidrgeno es el elemento ms ligero que existe. Se presenta de forma estable en molculas biatmicas, H2 , y en condiciones atmosfricas es un gas incoloro, inodoro y no es txico. En el prrafo dedicado a la utilizacin del hidrgeno se indican sus principales propiedades fsicas y qumicas y sus caractersticas de combustin comparadas con las de otros combustibles convencionales. Hidrgeno industrial. La produccin mundial de H2 se sita en torno a los 450 bcm (450x109 Nm3), lo que suponen unos 40 millones de toneladas anuales, segn datos de la Agencia Internacional de la Energa. En la actualidad prcticamente el 96% del hidrgeno mundial se produce a partir de combustibles fsiles, principalmente por reformado de gas natural con vapor de agua, y se consume como un componente que forma parte de multitud de procesos convencionales, especialmente (en torno a un 72%) en la industria qumica y petroqumica (refino del petrleo, amonaco, metanol, etc.). El resto se utiliza en metalurgia, en electrnica y en la propulsin de vehculos espaciales (figura 1). Tan solo un 4% del total se produce por electrlisis del agua que es el hidrgeno destinado a las aplicaciones que requieren una gran pureza del gas. Por lo tanto, las tecnologas de produccin de hidrgeno a partir de combustibles fsiles, especialmente a partir de gas natural, son tecnologas demostradas y actualmente en aplicacin. Las principales desventajas que presentan son que en el proceso de produccin de hidrgeno se emite tambin CO2, y que se estn utilizando como materias primas recursos agotables, de los que se dispone de unas reservas limitadas y concentradas en pocos lugares del globo terrqueo. Por otro lado, en Espaa no se dispone de yacimientos de gas natural o petrleo, por lo que si se utilizan para producir H2 se incrementara nuestra dependencia energtica.

    Figura 1: Produccin y consumo de hidrgeno industrial (Fuente: UNICAMP 2004)

    Por tanto, se puede afirmar que el hidrgeno es un viejo conocido para la industria, no obstante, por lo que en estos momentos se ha puesto de actualidad es por sus posibilidades de ser utilizado como vector energtico. Materias primas, energa primaria y tcnicas para la produccin de hidrgeno. Aunque el hidrgeno es el elemento ms abundante en el universo, sin embargo en nuestro planeta no se encuentra en estado libre, sino que se presenta formando compuestos orgnicos unido al carbono o formando agua unido con el oxgeno. Por tanto, el hidrgeno no es un recurso

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    natural o una fuente de energa primaria, sino un portador de energa, tambin llamado vector energtico. Dado que no podemos tomarlo directamente de la naturaleza, el hidrgeno, al igual que ocurre con la electricidad, es necesario producirlo. Para ello hay que conseguir su separacin de los compuestos de los que forma parte, pero para que este proceso de separacin tenga lugar ser preciso aportar energa (fundamentalmente en forma de calor o de electricidad) que necesariamente deber proceder de alguna de las fuentes primarias: fsil, renovable o nuclear. Afortunadamente, el hidrgeno puede obtenerse a partir de mltiples materias primas, siguiendo toda una variedad de tecnologas de proceso (qumica, electroltica, biolgica, fotoltica, termoqumica), en las que se puede utilizar diversas fuentes de energa primaria. Cada tecnologa se encuentra en un grado de desarrollo y cada una ofrece oportunidades nicas, beneficios y desafos. La eleccin de una u otra materia prima, tcnica de produccin y fuente de energa depender de la disponibilidad del recurso, de la madurez de la tecnologa de proceso, del tipo de demanda y aplicacin de mercado, de la poltica energtica y de los costes para la obtencin del hidrgeno.

    Teniendo en consideracin que la energa primaria necesaria para el proceso de produccin unas veces procede de la misma materia prima que estamos procesando y otras procede de una fuente de energa primaria distinta, a la hora de planificar una futura economa del hidrgeno en la que sera necesario producir cantidades masivas de hidrgeno para atender a la demanda, no solo es bsico hacerse la pregunta: a partir de qu recursos produciremos el hidrgeno?, sino que tambin ser fundamental formularse la siguiente: de dnde obtendremos la energa necesaria para producir el hidrgeno?. Entre las materias a partir de las que puede producirse el hidrgeno estn las siguientes: Recursos fsiles: Derivados del petrleo, Gas natural, Carbn. Recursos renovables: Agua, biomasa. Las tcnicas para produccin del hidrgeno admiten la siguiente clasificacin: Procesos de conversin qumica: Reformado, Gasificacin y Pirlisis Procesos termolticos: Termlisis directa y por Ciclos Termoqumicos. Procesos electrolticos: Electrlisis. Procesos biolgicos: Fermentacin, Digestin anaerobia Procesos fotnicos: Fotoelectrlisis, Fotobilisis y Fotocatlisis. Los dos primeros tipos de procesos requieren de un aporte de energa trmica, bien procedente de la combustin del propio recurso que se procesa (conversin qumica), bien procedente de una fuente externa (termlisis). En este caso es necesario indicar que los procesos reformado, gasificacin y pirlisis de combustibles fsiles, realizados con un aporte de energa trmica externa al recurso fsil, reciben tambin el nombre genrico de procesos de descarbonizacin. En cuanto a los procesos electrolticos necesitan que se proporcione electricidad (sea cual sea su origen) y en los fotnicos simplemente se necesita la incidencia directa de radiacin solar. En las siguientes figuras se indican esquemticamente las cadenas de produccin de hidrgeno a partir de recursos fsiles y renovables siguiendo procesos que requieren aporte de energa trmica (figura 2) y de electricidad o luz solar (figura 3).

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    H-C PesadosPetrleo Refino H-C Ligeros

    Gases RefineraCoke