Centrales eléctricas de hidrógeno: tendencias y perspectivas
Aunque durante mucho tiempo se ha considerado que las centrales nucleares son muy seguras, el accidente de la central nuclear japonesa de Fukushima en 2011 obligó una vez más a los ingenieros energéticos de todo el mundo a pensar en los posibles problemas ambientales asociados a este tipo de energía.
Los gobiernos de muchos países, incluidos varios países de la UE, han declarado una clara intención de transferir sus economías a la energía alternativa, sin escatimar inversiones, prometiendo miles de millones de euros para esta industria durante los próximos 5 a 10 años. Y uno de los tipos más prometedores y ambientalmente seguros de dicha alternativa es el hidrógeno.
Si el carbón, el gas y el petróleo se agotan, simplemente hay hidrógeno ilimitado en los océanos, aunque no se almacena allí en su forma pura, sino en forma de un compuesto químico con oxígeno, en forma de agua.
El hidrógeno es la fuente de energía más respetuosa con el medio ambiente. La obtención, transporte, almacenamiento y uso del hidrógeno requiere ampliar el conocimiento de su interacción con los metales.
Hay muchos problemas aquí.Estos son solo algunos de ellos que esperan su solución: la producción de isótopos de hidrógeno de alta pureza mediante filtros de membrana (por ejemplo, a partir de paladio), la creación de baterías de hidrógeno tecnológicamente ventajosas, el problema de combatir el costo del hidrógeno en los materiales, etc.
La seguridad ambiental del hidrógeno, en comparación con otros tipos tradicionales de fuentes de energía, nadie duda: el producto de la combustión del hidrógeno es nuevamente agua en forma de vapor, mientras que es completamente atóxico.
El hidrógeno como combustible se puede usar fácilmente en motores de combustión interna sin cambios fundamentales, así como en turbinas, y se obtendrá más energía que de la gasolina. Si el calor específico de combustión de la gasolina en el aire es de unos 44 MJ/kg, entonces para el hidrógeno esta cifra es de unos 141 MJ/kg, que es más de 3 veces mayor. Los productos derivados del petróleo también son tóxicos.
El almacenamiento y el transporte de hidrógeno no causarán problemas particulares, la logística es similar a la del propano, pero el hidrógeno es más explosivo que el metano, por lo que todavía hay algunos matices aquí.
Las soluciones de almacenamiento de hidrógeno son las siguientes. La primera forma es la tradicional compresión y licuefacción, cuando será necesario asegurar su bajísima temperatura para mantener el estado líquido del hidrógeno. Esto es caro.
La segunda forma es más prometedora: se basa en la capacidad de algunas esponjas metálicas compuestas (aleaciones altamente porosas de vanadio, titanio y hierro) para absorber activamente hidrógeno y, a baja temperatura, liberarlo.
Las principales empresas de petróleo y gas, como Enel y BP, están desarrollando activamente la energía del hidrógeno en la actualidad.Hace unos años, la italiana Enel puso en marcha la primera planta de energía de hidrógeno del mundo, que no contamina la atmósfera y no emite gases de efecto invernadero. Pero el principal punto candente en esta dirección radica en la siguiente pregunta: ¿cómo abaratar la producción industrial de hidrógeno?
El problema es ese electrólisis del agua requiere mucha electricidad, y si la producción de hidrógeno se pone en marcha precisamente a través de la electrólisis del agua, entonces para la economía de un solo país este método de producción industrial de hidrógeno será muy costoso: tres veces, si no cuatro veces , en términos de calor equivalente de combustión de productos derivados del petróleo.Además, se puede obtener un máximo de 5 metros cúbicos de gas por hora de un metro cuadrado de electrodos en un electrolizador industrial. Esto es lento y económicamente impráctico.
Una de las formas más prometedoras de producir hidrógeno en volúmenes industriales es el método químico de plasma. Aquí, el hidrógeno se obtiene de forma más económica que por electrólisis del agua. En los plasmatrones que no están en equilibrio, una corriente eléctrica pasa a través de un gas ionizado en un campo magnético y se produce una reacción química en el proceso de transferencia de energía de los electrones "calentados" a las moléculas del gas.
La temperatura del gas está en el rango de +300 a +1000 °C, mientras que la velocidad de reacción que conduce a la producción de hidrógeno es mayor que en la electrólisis. Este método permite obtener hidrógeno, que resulta ser el doble (no el triple) más caro que el combustible tradicional obtenido a partir de hidrocarburos.
El proceso plasma-químico se lleva a cabo en dos etapas: primero, el dióxido de carbono se descompone en oxígeno y monóxido de carbono, luego el monóxido de carbono reacciona con el vapor de agua, lo que da lugar al hidrógeno y al mismo dióxido de carbono que había al principio (no se consume, si miras toda la transformación del bucle).
En la etapa experimental: la producción química de plasma de hidrógeno a partir de sulfuro de hidrógeno, que sigue siendo un producto nocivo en todas partes en el desarrollo de campos de gas y petróleo. El plasma giratorio simplemente expulsa las moléculas de azufre de la zona de reacción por fuerzas centrífugas, y se excluye la reacción inversa de conversión a sulfuro de hidrógeno. Esta tecnología iguala el precio del hidrógeno producido con tipos tradicionales de combustibles fósiles, además, en paralelo se extrae azufre.
Y Japón ya ha asumido el desarrollo práctico de la energía del hidrógeno en la actualidad. Kawasaki Heavy Industries y Obayashi planean comenzar a usar energía de hidrógeno para alimentar la ciudad de Kobe en 2018. Se convertirán en pioneros entre aquellos que realmente comenzarán a usar hidrógeno para la producción de electricidad a gran escala, prácticamente sin emisiones nocivas.
Se construirá una planta de energía de hidrógeno de 1 MW directamente en Kobe, donde suministrará electricidad a un centro de convenciones internacional y oficinas de trabajo para 10.000 residentes locales. Y el calor generado en la estación en el proceso de generación de electricidad a partir de hidrógeno se convertirá en calefacción eficiente para las casas y edificios de oficinas locales.
Las turbinas de gas producidas por Kawasaki Heavy Industries, por supuesto, no se alimentarán con hidrógeno puro, sino con una mezcla de combustible que contenga solo un 20 % de hidrógeno y un 80 % de gas natural.La planta consumirá el equivalente a 20 000 vehículos de pila de combustible de hidrógeno por año, pero esta experiencia será el comienzo de un importante desarrollo de energía de hidrógeno en Japón y más allá.
Las reservas de hidrógeno se almacenarán directamente en el territorio de la central eléctrica, e incluso en caso de terremoto u otro desastre natural, habrá combustible en la estación, la estación no quedará aislada de las comunicaciones vitales. Para 2020, el puerto de Kobe tendrá infraestructura para las principales importaciones de hidrógeno, ya que Kawasaki Heavy Industries planea desarrollar una gran red de plantas de energía de hidrógeno en Japón.