Emisiones cero: ¿Es el hidrógeno la clave del futuro?

La tecnología del hidrógeno juega un papel clave en el camino hacia la deseada neutralidad climática. Se considera el portador de energía del futuro y es un componente importante para la descarbonización de la industria. Preguntamos a Michael Leitsch, Head of Opportunity Engineering de AERZEN, sobre el potencial del hidrógeno verde, los desafíos de la compresión y las ventajas de los compresores de tornillo. 

¿Qué importancia tiene el hidrógeno para la industria y qué significan los diferentes colores gris, azul y verde?

El hidrógeno se ha utilizado como gas de proceso para la producción de amoníaco utilizando el proceso Haber-Bosch desde principios del siglo XX y hoy en día juega un papel importante en tres sectores en particular: como materia prima en la industria química (principalmente para la producción de metanol y amoníaco), en refinerías de petróleo para la desulfuración de combustibles y en los llamados procesos de hidrocraqueo así como en plantas de reducción directa para la producción de acero. Dado que el hidrógeno está ligado a la naturaleza, debe producirse usando energía.

Según el proceso de fabricación, se distingue entre hidrógeno gris, azul y verde. El hidrógeno gris se produce a partir de gas natural mediante reformado con vapor y, por lo tanto, provoca las emisiones correspondientes. Alrededor del 60 al 70 por ciento del hidrógeno se produce actualmente a partir de gas natural. Con el hidrógeno azul se separa el CO2 resultante, que luego se utiliza o almacena, es decir, no se escapa a la atmósfera. Alternativamente, el hidrógeno también se puede producir por electrólisis del agua, es decir, un proceso electroquímico. Si la electricidad utilizada para ello procede de fuentes de energía renovables hablamos de hidrógeno verde, por lo que es neutro en CO2.

El hidrógeno se comercializa como un recurso indispensable para una industria climáticamente neutra. ¿Qué aporta el gas a la reducción de las emisiones de CO2?

Casi todo el hidrógeno producido actualmente se obtiene de combustibles fósiles. Reemplazar el gris con hidrógeno verde puede reducir significativamente la huella de carbono de la industria. Al mismo tiempo, se abren nuevas perspectivas, por ejemplo, en la generación de energía. Aquí, el hidrógeno como vector de energía y medio de almacenamiento, puede permitir un mayor aumento en la participación y disponibilidad de energías renovables. Otras áreas son el transporte, especialmente el transporte pesado y de larga distancia, pero también el transporte ferroviario, el transporte marítimo y la aviación, así como la calefacción y el uso de calor de proceso, principalmente en la industria metalúrgica: todos estos son campos de aplicación prometedores que hacer una contribución importante para el futuro lograr los objetivos climáticos.

¿Qué tan optimista ve el desarrollo del hidrógeno verde?

Consideramos que el hidrógeno verde es un mercado futuro importante. Evitar el CO2 es cada vez más importante. Además, se seguirá ampliando la generación de energía a partir de energías renovables. Cada vez más gobiernos de todo el mundo están impulsando la investigación, la innovación y el desarrollo de productos con estrategias nacionales de hidrógeno, lo que también va acompañado de la correspondiente ampliación de las plantas de electrólisis. Desde estos puntos de vista, consideramos que otro fuerte aumento del mercado para el hidrógeno verde es muy realista. Esta valoración también coincide con la de nuestros clientes, a quienes apoyamos en el desarrollo de proyectos en diversas etapas de planificación. El hidrógeno aún juega un papel subordinado en la transición energética, pero esto podría cambiar pronto. Como regla general, después de la electrólisis, el hidrógeno debe comprimirse a una cierta presión para los procesos posteriores.

¿Qué características especiales hay que tener en cuenta?

El hidrógeno es el elemento más liviano que existe, lo que hace que la compresión sea fundamentalmente más difícil. Dado que tiene una densidad de energía muy baja en relación con el flujo de volumen (contenido de energía por unidad de volumen), los flujos de volumen correspondientemente altos deben comprimirse en grandes sistemas de electrólisis, lo que afecta los tamaños y, por lo tanto, los costos de inversión, espacio de instalación para la máquina equipo y así sucesivamente. Además, el hidrógeno es muy reactivo, por lo que es altamente inflamable. Por lo tanto, se presta especial atención a la protección contra explosiones requerida. Debe evitarse en cualquier caso la formación de una mezcla inflamable con el oxígeno del aire. Sin embargo, esto también se aplica a otras aplicaciones con gases combustibles o inflamables, en las que la división de gases de proceso de AERZEN tiene una amplia experiencia.

¿Dónde ve las ventajas de usar compresores de tornillo en comparación con otras tecnologías de compresores?

Gracias al principio de desplazamiento los compresores de tornillo también son adecuados para comprimir gases muy ligeros, a diferencia de las turbomáquinas, con las que solo se puede lograr una diferencia de presión muy pequeña por etapa con gases de bajo peso molecular. Además, los compresores de tornillo son máquinas rotativas que, en comparación con los compresores alternativos, tienen menos piezas móviles, requieren un espacio significativamente menor y requieren un esfuerzo significativamente menor para el mantenimiento y para compensar las pulsaciones inducidas en la tubería. Otra ventaja importante radica en la posibilidad de inyectar agua en la cámara de bombeo. Por un lado, esto permite una reducción del calor de compresión y, por otro lado, el agua puede actuar como un medio de sellado entre las cámaras de aceite y gas, por ejemplo, cuando se usa un sello mecánico bloqueado por agua. Dado que el hidrógeno sale de la electrólisis en un estado saturado de agua de todos modos, la inyección de agua no es crítica.

¿Dónde puede la tecnología de tornillos demostrar mejor sus puntos fuertes?

Los compresores de tornillo pueden desempeñar un papel decisivo, especialmente para la precompresión en sistemas de electrólisis atmosférica, especialmente con grandes capacidades de electrólisis instaladas de alrededor de 50 MW, lo que corresponde a un caudal volumétrico de alrededor de 11.000 m3/h. Los compresores de pistón suelen alcanzar sus límites en términos de tamaño (diámetro del pistón y espacio de instalación requerido) con estas cantidades. Los sistemas actuales son cada vez más grandes y alcanzan varios 100 MW. Aquí se pueden utilizar compresores de tornillo, que precomprimen el hidrógeno. El flujo de volumen reducido resultante permite que los compresores de pistón aguas abajo se utilicen de manera más económica, que aún se requieren para lograr las presiones de descarga requeridas. Mientras tanto, sin embargo, también hemos recibido comentarios de nuestros clientes que consideran que el uso de compresores de tornillo es la solución preferida, incluso para flujos de volumen más pequeños.

¿Qué valor añadido aporta AERZEN a la industria del hidrógeno?

Como especialista en gases de proceso, AERZEN se ha ocupado del tema de la compresión de hidrógeno durante décadas, ya que es un componente de mezclas de gases para aplicaciones típicas de gases de proceso, por ejemplo, en la recuperación de hidrógeno en aplicaciones de PSA o en plantas de reducción directa para producción de acero. Para determinadas aplicaciones químicas, ya hemos implementado con éxito compresores de tornillo para la compresión de hidrógeno puro, lo que significa que AERZEN ya ha adquirido una experiencia relevante y domina el tema. En comparación con la mayoría de nuestros competidores, tenemos compresores de tornillo inundados con aceite y sin aceite y, para relaciones de presión más bajas, soplantes basados ​​en el principio Roots en nuestra cartera.

Además, somos especialistas en el sector de los gases de proceso para soluciones de compresores y ventiladores a medida y, por lo tanto, tenemos la flexibilidad necesaria para ofrecer la solución adecuada para la aplicación respectiva. Además, estamos impulsando constantemente el desarrollo de nuestros productos en esta área. En agosto, por ejemplo, presentaremos un compresor de tornillo recientemente desarrollado en la feria comercial de productos químicos Achema en Frankfurt, con el que podemos lograr diferencias de presión y eficiencias significativamente mayores en la compresión de hidrógeno. Con 50 ubicaciones en todo el mundo, también estamos representados por personas de contacto en las cercanías de los lugares de instalación que se encargan del soporte de servicio respectivo para los sistemas existentes.