Hidrógeno verde a partir de biometano

Hidrógeno verde a partir de biometano

En este último año el hidrógeno verde o renovable ha recibido un gran impulso a nivel mundial como fuente de energía del futuro.

Hablamos de un vector energético que hará que las energías renovables proporcionen una contribución mayor gracias a su capacidad de almacenar y transportar la energía. 

Ahora bien, hoy por hoy, el 90% del hidrógeno que se consume actualmente en el mundo es el gris, es decir, que se obtiene mediante reformado de gas natural y emite CO2 a la atmósfera.

Por lo que, el primer paso para que el hidrógeno se convierta en elemento esencial para la transición energética y se puedan alcanzar los objetivos de descarbonización es lograr una transición de hidrógeno gris al verde (renovable y libre de emisiones), impulsando el desarrollo de la tecnología necesaria.

Para ello, una de las vías tecnológicas importantes para la obtención de este hidrógeno verde a corto plazo es una derivada del reformado de gas natural, sustituyendo este por el biometano.

 

Sustituyendo el gas natural por el biometano como materia prima

El gas natural está compuesto principalmente por metano (95-99%) y por pequeñas proporciones de otros compuestos, pero su origen es el de un combustible fósil. 

En cambio, el biometano, que tiene una composición similar al gas natural (95-99% de metano, CO2 y otros compuestos) tiene su origen en la degradación de los compuestos orgánicos mediante un proceso biológico (digestión anaerobia).

En un primer paso del proceso de obtención del biometano, se genera biogás, con una concentración menor de metano (50-70%). Este es luego purificado y enriquecido mediante un proceso de upgrading para producir el biometano.

Aunque el biogás, por sí mismo, es un combustible idóneo para generar calor o electricidad, es el biometano el que puede reemplazar al gas natural, al ser su composición similar.

Es decir, el biometano puede emplearse como biocombustible para el transporte, inyectarse en la red gasista o utilizarse como materia prima para la obtención de hidrógeno mediante la misma tecnología de reformado de gas natural.

En este caso, ya no hablamos de hidrógeno gris sino de verde, al tener el biometano su origen en la valorización energética de los residuos orgánicos.

 

Del hidrógeno gris al verde

El reformado de metano por vapor (SMR) a partir de gas natural es el proceso más utilizado para la obtención de hidrógeno.

Se trata de una tecnología en estado avanzado y maduro que se basa en la infraestructura de gasoductos existentes.

El proceso, a grandes rasgos, consiste en la reacción del metano con el vapor de agua, a alta temperatura (700-100˚C) y una presión de 3 a 25 bares, sobre un catalizador y obteniéndose de ello hidrógeno, monóxido de carbono (CO) y una cantidad relativamente pequeña de CO2. Se trata de un proceso endotérmico, es decir, se debe suministrar calor para que tenga lugar la reacción.

En el siguiente paso, tiene lugar la reacción de desplazamiento de agua-gas, donde el CO y el vapor reaccionan en presencia de un catalizador para producir CO2 y más hidrógeno.

El paso final del proceso es la adsorción por cambio de presión, donde el CO2 y otras impurezas se eliminan de la corriente de gas, dejando al hidrógeno prácticamente puro.

Este CO2 emitido al final de este proceso puede ser capturado con un sistema de captura y almacenamiento de carbono, reduciendo las emisiones del mismo.

Este proceso de reformado de metano por vapor, empleado normalmente para la obtención de hidrógeno a partir del gas natural (hidrógeno gris), puede usarse también partiendo del biometano como materia prima.

En este caso, sustituir el gas natural por biometano, conlleva las siguientes ventajas:

  • Permite producir un hidrógeno verde, con una huella de carbono negativa, al emplear el biometano obtenido a partir de biogás procedente de la digestión de residuos orgánicos, como son las deyecciones ganaderas.
  • Es una tecnología segura y de bajo coste.
  • Permite el empleo de la infraestructura gasista existente.
  • Producción de hidrógeno in-situ, regulando la generación al consumo.
  • Genera valor añadido sobre el biogás y el biometano para su comercialización.

 

Otros procesos para la obtención del hidrógeno a partir del metano

Aunque la tecnología del reformado de metano por vapor es la más utilizada para la obtención de hidrógeno, existen otros procesos que también utilizan el metano con el mismo fin y que pueden aplicarse para la obtención de hidrógeno a partir de biometano.

Estos procesos son:

  • Oxidación parcial (POX):

En este proceso, la producción de hidrógeno tiene lugar mediante la combustión parcial de metano con oxígeno, generando también CO y carbón.

Se trata de una reacción exotérmica (produce calor), por lo que no es necesario el aporte externo de calor y el diseño del reactor puede ser más compacto que en el del reformado de metano por vapor.

El CO también puede convertirse en fases posteriores en hidrógeno y CO2.

El proceso es más rápido que el reformado de metano por vapor, pero menos eficiente.

  • Reformado autotérmico (ATM):

Esta tecnología es el resultado de la combinación de los procesos anteriores, el reformado de metano por vapor y la oxidación parcial del metano.

La reacción total es exotérmica y, como en los anteriores procesos, se produce hidrógeno y CO. Luego este CO puede convertirse en hidrógeno y CO2.

La desventaja de este proceso es que es menos eficiente que el reformado de metano por vapor.

La producción de hidrógeno verde a partir de biometano es una alternativa interesante a su obtención mediante la electrólisis del agua.

De hecho, una de las medidas que recoge la Hoja de Ruta del Biogás es el aprovechamiento del biometano como materia prima para la obtención de otros vectores energéticos, como es el hidrógeno. 

De este modo, se revalorizan aún más los residuos orgánicos, ampliando las posibilidades de aprovechamiento del biometano y favoreciendo las oportunidades que ofrece la gestión de estos en determinadas áreas rurales.

En esta misma Hoja de Ruta del Biogás, se establece como medida compatibilizar los usos directos de biogás con la producción de hidrógeno renovable a partir del mismo (biometano), cuando resulte una solución medioambiental y económica más eficiente que producir hidrógeno verde mediante la electrólisis.

Esto último será clave para poder aprovechar todo el potencial de estos gases renovables en el camino hacia la transición energética y la neutralidad climática.

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