Cómo la gasificación de biomasa puede ayudar a impulsar la producción mundial de hidrógeno verde

El aumento del uso de hidrógeno en la combinación energética global tiene un enorme potencial para hacer que la producción de energía global sea más ecológica y sostenible. Pero existen desafíos.

El método más común de producción de hidrógeno en realidad aumenta significativamente la huella de carbono global (consulte los detalles a continuación). Y los métodos que son más respetuosos con el medio ambiente son muy caros. Sin embargo, existe una solución mejor que, en la actualidad, permanece bajo el radar: la gasificación de biomasa.

Este artículo explora los inconvenientes de los métodos de producción de hidrógeno clasificados actualmente y cómo un mayor uso de la gasificación de biomasa podría resolverlos, dando como resultado una forma más rápida, más barata, probada y mucho más respetuosa con el medio ambiente de cumplir los objetivos de emisiones globales.

¿Por qué todo el mundo habla de hidrógeno en este momento?

Es oficial. El hidrógeno vuelve a estar de moda.

Muchos expertos coinciden en que el aumento del uso de hidrógeno puede ayudar a respaldar la descarbonización de la industria, el transporte, la generación de energía y los edificios en todo el mundo. Pero la gente ha estado promocionando los beneficios de este encendido y apagado desde la crisis energética de la década de 1970, con escaso impacto a largo plazo. Entonces, ¿qué ha cambiado?

Global Green Hydrogen

En resumen, la diferencia son los compromisos gubernamentales e intergubernamentales para abordar el cambio climático. De acuerdo a este informe de 2019 elaborado por la Agencia Internacional de Energía (AIE) para la cumbre del G20, el hidrógeno «está disfrutando de un impulso sin precedentes en todo el mundo y finalmente podría encaminarse hacia el logro de su potencial de larga data como una solución de energía limpia».

Otro ejemplo de este impulso es el reciente lanzamiento de la Unión Europea Estrategia para la integración del sistema energético . Esto incluye una estrategia detallada dirigida específicamente a promover el uso de hidrógeno para ayudar a cumplir el objetivo de la UE de convertirse en carbono neutral para 2050.

"Las estrategias de la UE para la integración del sistema energético y el hidrógeno ... allanarán el camino hacia un sector energético más eficiente e interconectado, impulsado por los dos objetivos de un planeta más limpio y una economía más fuerte"

Como este artículo de la Royal Society dice: «La necesidad de un cambio a nivel del sistema ha reavivado el interés en la economía del hidrógeno».

El potencial del hidrógeno para descarbonizar la economía

Un documento de Mitsubishi Heavy Industries expone muy claramente el entusiasmo actual:

"[Hydrogen’s] su potencial como combustible ha sido reconocido desde hace mucho tiempo. Sin embargo, mientras el mundo se apresura a limitar los efectos del calentamiento global, se está redescubriendo su potencial como portador de energía libre de emisiones ”. “Ofrece el potencial de descarbonizar el transporte, los sistemas de calefacción y los procesos industriales, áreas de uso de energía que actualmente son difíciles de ecologizar a través de la electricidad renovable”.

En otras palabras, depender únicamente de las energías renovables hace que sea difícil, si no imposible, alcanzar los objetivos de cero emisiones. Por lo tanto, el hidrógeno puede tomar el relevo.

El hidrógeno es el elemento químico más simple y abundante de la tierra. Puede utilizarse tanto para almacenar como para transportar energía utilizable, pero debe producirse a partir de otros compuestos que la contengan, como los combustibles fósiles, así como a partir de biomasa, geotermia, energía solar y eólica.

El mayor potencial para el uso del hidrógeno es como combustible limpio. Esto significa que se puede utilizar para generar calor y energía, así como combustible para una amplia gama de vehículos, incluidos trenes, camiones, barcos y aviones.

La quema de hidrógeno no produce CO2 y los niveles de contaminación son muy bajos. “Ofrece así una solución para descarbonizar procesos industriales y sectores económicos donde reducir las emisiones de carbono es urgente y difícil de conseguir”, según el Estrategia de hidrógeno de la UE documento.

El costo de producir hidrógeno verde está cayendo, pero sigue siendo muy alto

La caída del costo de la producción de hidrógeno verde es otro factor que se suma al entusiasmo actual. Tal como está, la producción de hidrógeno se clasifica en tres colores:

  • Hidrógeno gris – hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles, como gas y carbón
  • Hidrógeno azul – producido a partir de combustibles fósiles con tecnología de captura de carbono añadida
  • Hidrógeno verde – producido por electrólisis utilizando electricidad generada por energías renovables

Análisis de la IEA encuentra que el costo de producir hidrógeno a partir de electricidad renovable podría caer un 30% para 2030 como resultado de la disminución de los costos de las energías renovables y el aumento de la producción de hidrógeno.

Sin embargo, estos costos siguen siendo altos. Por ejemplo, este gráfico de la IEA de 2018 estima el costo de producción de hidrógeno a partir del carbón en 1,5 – 2,9 dólares estadounidenses por kg, y del gas natural en 0,9 – 3,2 dólares estadounidenses por kg. Compare esto con el costo de producir hidrógeno a partir de energías renovables; – a través de un proceso llamado electrólisis, que puede llegar a los 7,5 dólares estadounidenses por kg.

A pesar de los costos decrecientes previstos, estimados del Departamento de Energía de EE. UU. todavía calculan el costo futuro del hidrógeno de origen renovable en 4,2 USD por kg, porque “Producir una unidad de hidrógeno a partir del agua requiere cuatro veces más energía que de los hidrocarburos ”.

Incluso el llamado hidrógeno «azul» es prohibitivamente caro hoy en día, debido a la necesidad de utilizar tecnología de captura de carbono para convertirlo en carbono neutral.

hydrogen fuel cell in a laboratory

La mayor parte de la producción de hidrógeno es perjudicial para el medio ambiente

Esto es un problema debido al diferente impacto ambiental de estos métodos de producción de hidrógeno. Según analista de la industria Shayne Willette , El hidrógeno gris, o derivado de combustibles fósiles, “representa más del 95% de toda la producción de hidrógeno”.

Como explica la IEA: “El hidrógeno ya está con nosotros a escala industrial en todo el mundo, pero su producción es responsable de emisiones anuales de CO2 equivalentes a las de Indonesia y el Reino Unido combinados . »

Entonces, aunque el uso de hidrógeno como combustible puede reducir drásticamente las emisiones de CO2, los métodos actuales de producción de hidrógeno emiten el mismo volumen de CO2 que una población combinada de 334 millones. Parece paradójico impulsar esto como una estrategia de descarbonización. Al mismo tiempo, los altos costos de la producción de hidrógeno «verde» y «azul» son deslumbrantes. ¿Cual es la solución?

La gasificación de biomasa puede producir hidrógeno verde

Según Shayne Willette, “Algunos dicen que el hidrógeno verde debería expandirse para incluir otras vías de producción de hidrógeno limpio más allá de la electrólisis”. Si bien señala que a la gasificación de biomasa “no se le ha asignado un color”, explica que se ha utilizado para la producción de hidrógeno en los Estados Unidos desde principios de la década de 1990.

“A medida que el mundo continúa presionando por la descarbonización, es importante explorar todas las soluciones sobre la mesa”, agrega.

En el anuncio de su Estrategia para la Integración de Sistemas Energéticos, la Comisión Europea hace lo mismo: “no se ha asignado un color a la gasificación de biomasa, aunque su uso para la producción de hidrógeno no es un proceso nuevo”.

De acuerdo con la Departamento de Energía de EE. UU. , las plantas de gasificación para biocombustibles “pueden proporcionar las mejores prácticas y lecciones aprendidas para la producción de hidrógeno”, y agrega que “anticipa que la gasificación de biomasa podría implementarse en el corto plazo”.

“Biomasa” se refiere a cualquier recurso orgánico renovable, incluidos los residuos de cultivos agrícolas, los desechos forestales, los desechos sólidos urbanos orgánicos e incluso los desechos animales. La gasificación es el proceso de convertir estos recursos en energía y otros subproductos útiles, incluido el hidrógeno.

La gasificación funciona transformando termoquímicamente las materias primas residuales (en este caso, la biomasa) utilizando temperaturas superiores a 700 ℃ y un suministro de oxígeno o vapor altamente controlado. Esto crea un gas sintético o gas de síntesis. Este gas de síntesis contiene hidrógeno, que puede separarse y purificarse.

Para volver a Shayne Willette: «La producción de hidrógeno a través de la gasificación ayuda a resolver dos problemas ambientales: el aumento de las existencias de desechos (por ejemplo, vertederos) y el proceso de producción de hidrógeno con alto contenido de carbono».

En otras palabras, la gasificación de biomasa es mucho menos intensiva en carbono que la producción de hidrógeno «gris» o «azul», y mucho más barata que la producción de hidrógeno «verde» existente.

Image showing Energy storage and tanks with a forest in the background. Green hydrogen possibilities and gasification insights over on EQTEC News.

¿Cuánto tiempo antes de que la gasificación avanzada se clasifique como un método de producción de hidrógeno verde?

La clara implicación de Shayne Willette, del Departamento de Agricultura de EE. UU., Y posiblemente incluso de la Comisión Europea, es que la gasificación de biomasa es:

  1. Demostrado ser un método eficaz de producción de hidrógeno
  2. Debería ser clasificado
  3. También viene con otros beneficios, como reducir el desperdicio.

Aquí en EQTEC hemos desarrollado varias instalaciones de gasificación, con una planta de referencia de 6MWe en España que convierte biomasa en gas de síntesis puro y tenemos más plantas en tramitación, de las que puedes leer aquí .

A partir de esta experiencia a escala comercial y nuestra extensa I + D (las universidades de Lorena, Francia y Extremadura, España, tienen instalaciones de prueba basadas en nuestra tecnología de gasificación avanzada), tenemos resultados de pruebas de más de 50 tipos diferentes de materias primas, que van desde residuos agrícolas y forestales. a residuos urbanos e industriales, biomasa y plásticos.

0%

El gas de síntesis que producimos a partir de residuos de madera contiene aproximadamente un 40% de hidrógeno. Y este proceso es 100% verde.

Incluso cuando procesamos residuos sólidos urbanos (RSU), también llamados residuos derivados de la basura (RDF), la proporción de biomasa promedia el 10-20% del total. El hidrógeno producido a partir de esos desechos orgánicos también calificaría como verde.

Estamos muy entusiasmados con la perspectiva de que un tercero calificado se tome el tiempo para clasificar nuestro hidrógeno como verde. De hecho, considérelo como una invitación oficial para todo aquel que quiera venir y analizar nuestro proceso.

Creemos firmemente que nuestra gasificación avanzada se encuentra en una posición única para impulsar la producción de hidrógeno verde y ayudar a cumplir los ambiciosos objetivos mundiales de reducción de carbono. Todo lo que necesitamos es la clasificación …

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