Les presentamos el combustible del futuro. Tecnología económica para la producción de hidrógeno

Créditos de las imagenes: Chen Galili, Technion Spokesperson.

Les presentamos el combustible del futuro. Investigadores de Israel han desarrollado una tecnología para la producción de hidrógeno mucho más económica que las conocidas. Además es más amigable para el medio ambiente y segura para su uso.

La nueva tecnología de división de aguase llama E-TAC. La misma brinda una eficiencia energética sin precedentes del 98.7% en la producción de hidrógeno a partir del agua. Ademas tiene otras ventajas clave sobre la electrólisis del agua.

Los inventores ya fundaron una startup, basada en este desarrollo y está trabajando en su comercialización.

Se trata de una tecnología innovadora, limpia, económica y segura para producir hidrógeno.

La tecnología mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno, desde ~ 75% utilizando los métodos actuales hasta una eficiencia energética de 98.7% sin precedentes.

Estos hallazgos fueron publicados recientemente en Nature Energy.

Los investigadores de Technion desarrollaron un proceso único basado en un proceso cíclico en el que la composición química del ánodo (el electrodo donde tiene lugar el proceso de oxidación) cambia de forma intermitente.

En la primera etapa, el cátodo (el electrodo donde tiene lugar la reducción) produce hidrógeno al reducir las moléculas de agua mientras que el ánodo cambia su composición química sin producir oxígeno.

En la segunda etapa, el cátodo es pasivo mientras que el ánodo produce oxígeno oxidando las moléculas de agua.

Al final de la segunda etapa, el ánodo vuelve a su estado original y el ciclo comienza de nuevo.

Este innovador proceso, llamado división de agua E-TAC (Electroquímica – División de agua química activada térmicamente), desacopla las reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno.

Con base en esta tecnología, los investigadores fundaron H2Pro, una startup que trabaja para convertir la tecnología en una aplicación comercial.

La investigación, fue realizada por el profesor Avner Rothschild y el Profesor Gideon Grader, junto con el Dr. Hen Dotan y Avigail Landman.

Estado del hidrógeno actual

Anualmente se producen enormes cantidades de hidrógeno en todo el mundo: unos 65 millones de toneladas valoradas n 130 mil millones de dólares, con una energía total de unos 9 exajulios (EJ), el equivalente a 2,600 teraWatts por hora (TWh).

Estas cantidades aumentan constantemente y se espera que se tripliquen en los próximos 20 años. Se espera que el consumo de hidrógeno alcance 14 exajulios para 2030 y 28 exajulios para 2040.

Alrededor del 53% del hidrógeno producido hoy se usa para producir amoníaco para fertilizantes y otras sustancias, el 20% se usa en refinerías, el 7% se usa en la producción de metanol y el 20% sirve para otros usos.

En el futuro, se espera que el hidrógeno sirva para aplicaciones adicionales, algunas de las cuales se encuentran en etapas aceleradas de desarrollo.

Hablamos de hidrógeno como combustible para vehículos eléctricos de celdas de combustible (FCEV). Del mismo modo combustible para almacenar energía de fuentes de energía renovables para el equilibrio de la red y la potencia para aplicaciones de gas (P2G), calefacción industrial y doméstica, y más.

Alrededor del 99% del hidrógeno producido hoy se origina en combustibles fósiles, principalmente por extracción de gas natural (SMR).

Este proceso libera 10 toneladas de CO2 por cada tonelada de hidrógeno y es responsable del 2% de todas las emisiones antropogénicas de CO2 a la atmósfera.

La presencia de cantidades considerables de CO2 en la atmósfera acelera el calentamiento global. Esto explica la necesidad urgente de alternativas más limpias y ecológicas para la producción de hidrógeno.

Actualmente, la alternativa principal para la producción de hidrógeno limpio sin emisiones de CO2 es la electrólisis del agua.

Este proceso implica colocar dos electrodos, un ánodo y un cátodo, en agua enriquecida con ácido alcalino o ácido para aumentar la conductividad eléctrica.

En respuesta al paso de una corriente eléctrica entre los electrodos, las moléculas de agua (H2O) se descomponen en sus elementos químicos, de modo que se produce gas hidrógeno (H2) cerca del cátodo y se produce oxígeno (O2) cerca del ánodo. Todo el proceso tiene lugar en una celda sellada dividida en dos compartimentos.

El hidrógeno se recoge en una parte y el oxígeno en la otra.

La producción de hidrógeno limpio conlleva una serie de desafíos tecnológicos.

Una de ellas es la pérdida significativa de energía. Hoy en día, la eficiencia energética de los procesos de electrólisis es solo del 75%, y esto significa un alto consumo de electricidad.

Otra dificultad está relacionada con la membrana que divide la célula electrolítica en dos.

Esta membrana es esencial para recoger el hidrógeno por un lado y el oxígeno por el otro, pero limita la presión en la celda electrolítica a 10-30 atmósferas, mientras que la mayoría de las aplicaciones requieren cientos de atmósferas de presión.

Por ejemplo, los vehículos eléctricos de celda de combustible usan hidrógeno comprimido a 700 atmósferas.

Actualmente, esta presión aumenta mediante compresores grandes y costosos que complican la operación y aumentan los costos de instalación y mantenimiento del sistema.

Además, la presencia de la membrana complica el montaje del aparato de producción, elevando significativamente su precio.

Además, la membrana requiere mantenimiento y reemplazo periódicos.

Ventajas del combustible del futuro inventado en Israel.

La tecnología E-TAC tiene varias ventajas significativas sobre la electrólisis:

  1. Separación cronológica absoluta entre la producción de hidrógeno y la producción de oxígeno. Los dos procesos ocurren en diferentes momentos.

Por consiguiente:

  1. La membrana que separa el ánodo del cátodo en la celda electrolítica ya no es necesaria. Esto representa un ahorro sustancial con respecto a la electrólisis: la membrana es costosa, complica el proceso de producción y requiere agua de alta pureza y mantenimiento continuo para evitar que se ensucie.
  2. Elimina el riesgo de un encuentro volátil entre oxígeno e hidrógeno. Tal encuentro puede ocurrir en la electrólisis ordinaria si la membrana se rompe o se rompe su sello.
  3. Actualmente, el uso de membranas limita la presión en la producción de hidrógeno. La tecnología desarrollada en Technion hace que la membrana sea innecesaria, lo que facilita la producción de hidrógeno bajo una presión mucho más alta, eliminando así algunos de los altos costos de comprimir el hidrógeno más tarde.
  4. En el nuevo proceso, el oxígeno se produce a través de una reacción química espontánea entre el ánodo cargado y el agua, sin utilizar una corriente eléctrica en ese punto. Esta reacción elimina la necesidad de electricidad durante la producción de oxígeno y aumenta la eficiencia energética del 75% utilizando métodos habituales a una eficiencia sin precedentes del 98,7%.
  5. Se espera que la tecnología E-TAC no solo reduzca los costos operativos sino también los costos de los equipos. H2Pro estima que el costo del equipo para producir hidrógeno utilizando E-TAC será aproximadamente la mitad del costo del equipo utilizado en las tecnologías existentes.

La electrólisis se descubrió hace más de 200 años y desde entonces ha sufrido una serie acumulativa de mejoras. Actualmente, los investigadores de Israel están proponiendo un cambio disruptivo en el concepto que creen que conducirá a una producción de hidrógeno menos costosa, limpia y segura. También creen que es probable que el nuevo proceso genere una revolución en la producción de hidrógeno basada en energía limpia y renovable, como la energía solar o eólica.

Las evaluaciones iniciales indican que será posible producir hidrógeno a escala industrial a costos de producción competitivos en comparación con la producción de gas natural y, como se señaló, sin emitir CO2 a la atmósfera.

 

Fuente: Latam Israel