La producción de energía a partir del gas natural sin generar emisiones de dióxido de carbono podría convertirse rápidamente en una realidad, gracias a una nueva tecnología desarrollada por investigadores del Instituto de Estudios Avanzados de Sostenibilidad IASS en Potsdam y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT.En un proyecto conjunto iniciado por el Premio Nobel y ex Director Científico del IASS, Profesor Carlo Rubbia, las dos instituciones han estado investigando una técnica innovadora para extraer hidrógeno del metano de una manera limpia y eficiente. Después de dos años de experimentos intensivos, la prueba de principioahora se ha proporcionado. Con el reactor experimental funcionando de manera confiable y continua, el potencial futuro de esta tecnología se ha hecho evidente.
La combustión de combustibles fósiles para producir electricidad, impulsar motores de automóviles o generar calor es una fuente importante de emisiones dañinas de dióxido de carbono. En particular, el metano, el componente principal del gas natural, es un combustible fósil ampliamente utilizado cuya producción mundial esse prevé que aumente drásticamente en las próximas décadas. Si no se controla, esta dependencia continua de las tecnologías convencionales de combustibles fósiles obstaculizará en gran medida nuestros esfuerzos para mitigar el cambio climático. Es por eso que los investigadores del IASS y KIT han decidido investigar un enfoque alternativo y más sostenible:¿Qué pasaría si pudiéramos extraer el contenido de energía del metano, en forma de hidrógeno, sin generar dióxido de carbono en el proceso?
En lugar de quemar metano CH4, sus componentes moleculares, hidrógeno H2 y carbono C, se pueden separar en un proceso llamado 'craqueo de metano'. Esta reacción ocurre a altas temperaturas 750 ° C y superiores yno libera emisiones nocivas.
El primer producto, el hidrógeno, es un vector de energía mejor conocido por su combustión limpia y alta densidad de energía por unidad de masa. De hecho, muchos lo ven como un componente importante de un futuro sistema de energía sostenible. Las aplicaciones previstas incluyen celdas de combustible,generación de electricidad y vehículos impulsados por hidrógeno. Pero el hidrógeno ya es hoy un producto industrial importante, utilizado en grandes cantidades para la producción de amoníaco, un precursor clave para la industria de fertilizantes. Sin embargo, la mayor parte de la producción mundial de hidrógeno se basa actualmente en tecnologías convencionales.como la formación de metano a vapor SMR, que también utiliza gas natural como materia prima pero libera cantidades significativas de dióxido de carbono en el proceso. De hecho, las emisiones de dióxido de carbono de la industria del amoníaco ascienden a aproximadamente 200 millones de toneladas por año, en comparación, Alemaniagenera alrededor de 800 millones de toneladas de dióxido de carbono por año.
Si bien el hidrógeno es la salida principal del craqueo de metano, su subproducto, el carbono negro sólido, también es un producto industrial cada vez más importante. Ya se emplea ampliamente en la producción de acero, fibras de carbono y muchos materiales estructurales a base de carbono.El carbono negro derivado del novedoso proceso de craqueo es de alta calidad y polvo particularmente puro. Su valor como producto comercializable, por lo tanto, mejora la viabilidad económica del craqueo de metano. Alternativamente, el carbono negro se puede almacenar, utilizando procedimientos que son mucho más simples y seguros.y más barato que el almacenamiento de dióxido de carbono.
El craqueo de metano en sí mismo no es una idea completamente nueva: en las últimas dos décadas, se han llevado a cabo muchos experimentos en diferentes instituciones que han demostrado su viabilidad técnica. Pero estos intentos pasados estuvieron limitados por cuestiones como la obstrucción de carbono y las bajas tasas de conversión.
El IASS y el KIT han decidido basarse en esta base de conocimiento y dar un paso más allá, estableciendo un reactor experimental que pueda demostrar el potencial de craqueo de metano y superar obstáculos previos. El punto de partida es un diseño de reactor novedoso, según lo propuesto porCarlo Rubbia y basado en tecnología de metal líquido. Se inyectan finas burbujas de metano en el fondo de una columna llena de estaño fundido. La reacción de agrietamiento ocurre cuando estas burbujas suben a la superficie del metal líquido. El carbono se separa en la superficie de las burbujas yse deposita como un polvo en el extremo superior del reactor cuando se desintegran. Esta idea se puso a prueba durante una serie de campañas experimentales que se ejecutaron desde finales de 2012 hasta la primavera de 2015 en el KALLA Laboratorio de Metal Líquido KArlsruhe de KIT.pudimos evaluar diferentes parámetros y opciones, como la temperatura, los materiales de construcción y el tiempo de residencia. El diseño final es un dispositivo de 1.2 metros de altura hecho de una combinación decuarzo y acero inoxidable, que utiliza estaño puro y una estructura de cama compacta que consiste en piezas de cuarzo.
"En los experimentos más recientes en abril de 2015, nuestro reactor funcionó sin interrupciones durante dos semanas, produciendo hidrógeno con una tasa de conversión del 78% a temperaturas de 1200 ° C. En particular, la operación continua es un componente decisivo del tipo de confiabilidadeso sería necesario para un reactor a escala industrial ", dijo el profesor Thomas Wetzel, jefe del laboratorio KALLA en KIT. El innovador reactor es resistente a la corrosión y se evita la obstrucción porque el polvo de carbón microgranular producido puede separarse fácilmente.garantiza las condiciones previas técnicas que serían necesarias para la operación continua de un reactor a escala industrial.
Si bien estos siguen siendo experimentos a escala de laboratorio, los investigadores pueden extrapolar de ellos para obtener información sobre cómo podría integrarse el craqueo de metano en el sistema energético y, más específicamente, cuál podría ser su contribución a la sostenibilidad. Para este fin, el IASS está colaborandocon RWTH Aachen University para llevar a cabo una evaluación del ciclo de vida LCA de un hipotético dispositivo comercial de craqueo de metano basado en una ampliación de nuestro prototipo. En particular, asumimos que parte del hidrógeno producido se utiliza para generar el calor de proceso requerido.En comparación con las tecnologías de producción de hidrógeno, la reforma del vapor de metano SMR y la electrólisis del agua junto con la electricidad renovable. Con respecto a las emisiones de dióxido de carbono equivalente por unidad de hidrógeno, el ACV mostró que el craqueo de metano es comparable a la electrólisis del agua y es más del 50% más limpioSMR.
Además, los investigadores del IASS también han analizado los aspectos económicos del craqueo de metano. En esta etapa, las estimaciones de costos son inciertas, ya que el craqueo de metano aún no es una tecnología completamente madura. Sin embargo, los cálculos preliminares muestran que podría alcanzar costos de 1.9 a 3.3euro por kilogramo de hidrógeno a precios de gas natural alemanes, y sin tener en cuenta el valor de mercado del carbono.
"Nuestros resultados experimentales, así como las evaluaciones ambientales y económicas, apuntan al craqueo de metano como una opción clara en nuestro portafolio de medidas para transformar el sistema de energía", dijo el profesor Carlo Rubbia. "Esta podría ser una tecnología para salvar las brechas", lo que permite aprovechar el potencial energético del gas natural al tiempo que protege el clima y facilita la integración de un portador de energía limpia como el hidrógeno ".
En la siguiente fase del proceso, el IASS y el KIT se centrarán en optimizar algunos aspectos del diseño del reactor, como el proceso de eliminación de carbono, y ampliarlo progresivamente para acomodar velocidades de flujo más altas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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