El Instituto Fraunhofer estudia la obtención de hidrógeno a partir de metanol

El hidrógeno es el faro de esperanza para la transición energética, ya que está configurado para dar forma de manera sostenible tanto a la movilidad como a los procesos industriales. Pero en la actualidad, todavía hay una disponibilidad limitada, ya que el transporte de hidrógeno es un proceso complejo. La conversión de hidrógeno en metanol puede proporcionar una solución aquí, ya que el metanol no solo es mucho más fácil de transportar que el hidrógeno, sino que también se puede almacenar casi ilimitadamente a presión ambiental. Esto allana el terreno para la producción de hidrógeno verde en regiones soleadas y su conversión en metanol y su transporte simplificado, por ejemplo.

 El dióxido de carbono necesario para producir metanol podría extraerse de la atmósfera u obtenerse de procesos industriales, como la producción de cemento. Además, el metanol tiene una densidad de energía muy alta: produce alrededor de 4. 8 kilovatios-hora de energía por litro, una cifra considerablemente superior a la del hidrógeno comprimido. Además, la Agencia Internacional de Energía pronostica costos de alrededor de seis centavos por kilovatio-hora para el metanol.

Energía neutra con algún contratiempo

Para utilizar la energía almacenada en el metanol, se utiliza un reformador de metanol y vapor para convertirlo nuevamente en hidrógeno y dióxido de carbono, en el lugar donde se necesita el hidrógeno, como el automóvil. La huella de carbono global es, por tanto, neutra. Sin embargo, todavía hay una serie de inconvenientes con los reformadores convencionales. 

Tomemos, por ejemplo, los catalizadores que se necesitan para las reacciones se componen de polvo de óxido de cobre y zinc que se agrega al reactor en forma de gránulos extruidos. Sin embargo, los movimientos inevitables en las aplicaciones móviles conducen al desgaste del catalizador que contamina la celda de combustible. El material del catalizador tampoco se utiliza por completo y la velocidad de reacción es baja debido a las temperaturas de reacción relativamente bajas. Desafiante es también la gestión del calor: el reactor requiere suministro de calor para impulsar la reacción de reformado con vapor, pero aquí es donde se pierde mucha eficiencia. El calor del gas de escape de la celda de combustible tampoco se puede utilizar de manera eficiente.

Catalizadores eficientes, gestión eficiente del calor

En el ámbito de una multitud de proyectos industriales y financiados con fondos públicos, los investigadores de Fraunhofer IMM están desarrollando reformadores de metanol que pueden superar estos desafíos. Por ejemplo, los reformadores que están desarrollando para aplicaciones móviles ofrecen varias ventajas. Entre ellos se encuentra una demanda de espacio mucho menor: asciende a una sexta parte, alrededor del 17 por ciento, del espacio que requeriría un reformador convencional de clase de rendimiento comparable, lo cual es extremadamente importante para las aplicaciones móviles. 

Los investigadores también han optimizado la tecnología del catalizador. “Optamos por recubrimientos de catalizadores que contienen metales preciosos similares a los que se usan en los convertidores catalíticos de automóviles, porque no hay desgaste con estos recubrimientos”, dice el Dr. Gunther Kolb, Director Adjunto del Instituto y Director de División de Fraunhofer IMM. “Como resultado, se requiere menos material catalizador. Debido a que nuestros materiales catalizadores también tienen una mayor actividad, la cantidad de catalizador requerida se reduce aún más y, en consecuencia, los costos”. Mientras que los catalizadores convencionales producen cada vez más subproductos como el monóxido de carbono cuando funcionan a carga parcial, este no es el caso del catalizador de Fraunhofer IMM.

El equipo de investigación también ha optimizado la gestión del calor y, al hacerlo, también ha optimizado la eficiencia energética del reformador. El equipo recubre los intercambiadores de calor de placas con el material catalizador y los combina en pilas de hasta 200 placas. Cuando el gas fluye sobre las placas, entra en contacto con el catalizador y también se calienta de manera muy eficiente en los pequeños canales. “Al utilizar el calor residual, logramos una excelente integración del calor y una alta eficiencia del sistema”, explica Kolb. Las tecnologías para la producción en masa de los reactores están en el centro de atención de los investigadores: los reactores se pueden producir de forma similar a lo establecido para los intercambiadores de calor de automóviles resistentes a alta presión.

Actualmente, los investigadores están trabajando en un prototipo de 35 kilovatios de potencia que se prevé esté terminado a mediados de 2022. “Este es un proyecto a largo plazo; se están integrando varios prototipos en vehículos terrestres para que podamos probarlos”, afirma Kolb. Para aplicaciones marítimas, los investigadores están desarrollando un reformador que proporcione 100 kilovatios de potencia, por ejemplo. A largo plazo, es incluso concebible que los reformadores que se están produciendo actualmente en acero se fabriquen en materiales ligeros como el titanio, que será crucial a la hora de introducir la tecnología en aplicaciones de automoción, etc., como estrategia para la reducción de Peso y consumo de energía.