Tecnologías de producción de hidrógeno verde a partir de biogás

Este es un año crítico para el hidrógeno. Está disfrutando de un impulso sin precedentes en todo el mundo y finalmente podría emprender el camino para alcanzar su potencial como una solución de energía limpia.

El hidrógeno puede permitir que las energías renovables proporcionen una contribución aún mayor. Tiene el potencial de ayudar con la producción variable de energías renovables, como la energía solar fotovoltaica (PV) y la eólica, cuya disponibilidad no siempre se adapta bien a la demanda. El hidrógeno es una de las principales opciones para almacenar energía de fuentes renovables y parece prometedora como una opción de menor costo para almacenar electricidad durante días, semanas o incluso meses.

Pero existe una variante del hidrógeno verde que no es generado con electricidad y agua como materia prima principal, sino con biogás.

El reformado del gas natural para la producción de hidrógeno es un proceso tecnológico avanzado y maduro que se basa en la infraestructura de suministro de gasoductos existente. Hoy en día, más del 90% del hidrógeno producido en el mundo se obtiene mediante reformado de gas natural. Esta es una vía tecnológica importante para la producción de hidrógeno a corto plazo, que tiene una interesante derivada: la producción de hidrógeno a partir del biogás.

El reformado del gas natural y el biogás para la producción de hidrógeno son procesos tecnológicos avanzados y maduros que se basan en la infraestructura de suministro de gasoductos existente. Hoy en día, más del 90% del hidrógeno producido en el mundo se obtiene mediante reformado de gas natural.

En este caso, la principal fuente de hidrógeno vendría de los átomos de este elemento que componen la molécula del biometano (CH4), combinado con el vapor de agua (H2O). Este proceso tiene varias ventajas:

• Permite producir un hidrógeno verde, con una huella de carbono insuperable (ayudado por el efecto captura de emisiones del biogás), negativa en el caso de emplear biogás procedente de la digestión de deyecciones ganaderas

• Es una tecnología segura y de bajo coste

• Permite el empleo de la amplia infraestructura gasista de España

• Producción de hidrógeno in-situ, regulando la generación al consumo

• Permitiría generar valor a biogases cuya comercialización es más compleja, como los de vertedero

Biovic (Grupo Gimeno) ha alcanzado un acuerdo con la empresa tecnológica estadounidense BayoTech para distribuir su tecnología en España, y desarrollar proyectos de manera conjunta.

BayoTech es una empresa especializada en la producción de hidrógeno in situ, que a través de su tecnología de reformado de metano ha conseguido perfeccionar el proceso a pequeña escala. Los reformadores de metano a vapor de BayoTech son más eficientes energéticamente que la producción tradicional de hidrógeno. La empresa ha recibido recientemente una inversión de capital de hasta 157 millones de dólares para acelerar su crecimiento estratégico y la expansión de su infraestructura.

Se están desarrollado varios proyectos de producción de hidrógeno verde en España, en algunos casos asociados a plantas de biogás y biometano, y en otros previendo la producción de hidrógeno in situ, alimentando los reformadores con biometano a través de la red de gas natural.

Pero, ¿cuál es el proceso? Se trata del reformado con vapor de metano, un proceso de producción maduro en el que se utiliza vapor a alta temperatura (700 ° C – 1.000 ° C) para producir hidrógeno a partir de una fuente de metano, como es el biogás o el biometano. En el reformado de metano con vapor, el metano reacciona con el vapor a una presión de 3 a 25 bar en presencia de un catalizador para producir hidrógeno, monóxido de carbono y una cantidad relativamente pequeña de dióxido de carbono. El reformado con vapor es endotérmico, es decir, se debe suministrar calor al proceso para que prosiga la reacción.

Posteriormente, en lo que se denomina "reacción de desplazamiento de agua-gas", el monóxido de carbono y el vapor se hacen reaccionar utilizando un catalizador para producir dióxido de carbono y más hidrógeno. En un paso final del proceso llamado "adsorción por cambio de presión", el dióxido de carbono y otras impurezas se eliminan de la corriente de gas, dejando hidrógeno esencialmente puro. Las recciones son las siguientes:

Reacción de reformado de vapor-metano

CH4 + H2O (+ calor) → CO + 3H2

Reacción de cambio de agua-gas

CO + H2O → CO2 + H2

(+ pequeña cantidad de calor)

Las unidades que componen una planta de producción de hidrógeno a partir de biogás son los siguientes:

• Sistema de limpieza del biogás

• Sistema de purificación de agua

• Generador de vapor

• Reformador de metano (SMR)

• Reactor de desplazamiento de agua y gas (WGS)

• Separador de hidrógeno y sistema de limpieza

La huella de carbono del hidrógeno producido con esta tecnología puede resultar un elemento diferencial. No debemos olvidar que la DIRECTIVA (UE) 2018/2001 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 11 de diciembre de 2018 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, considera que la huella de carbono del biometano procedente de purines está en torno a los -100 gr de CO2 por MJ. Esta huella de carbono negativa de la materia prima se traduciría en un hidrógeno negativo en emisiones. Este es un aspecto único dentro de las diversas posibilidades para hacer hidrógeno verde.

BayoTech puede fabricar estos módulos para una producción desde los 200 kg/día hasta las 30 toneladas diarias de hidrógeno. A su vez, se ofrece un sistema para la captura y licuado del CO2 producido.

Los costes de este hidrógeno pueden oscilar entre los 3 y los 7 €/kg. El principal coste operativo es el biogás. Por este motivo, el coste del biogás/biometano es lo que determina el coste de generación el hidrógeno.

La producción de hidrógeno a partir del biogás o del biometano es una alternativa interesante a la electrolisis del agua. Este hidrógeno verde puede producirse en su punto de consumo: en puertos, puntos de suministro, refinerías o plantas de fertilizantes, a un coste muy competitivo, y con una huella de carbono insuperable si su materia prima es biogás de residuos ganaderos.

Puedes descargar el artículo en PDF aquí.