> Grupo de apoyo: Laboratorio Energético del Hidrógeno

El paso de la combustión convencional a la economía del hidrógeno.

Optimización de la explotación de los combustibles fósiles hacia emisiones cero en CO2

J.M.Martínez-Val Piera
Ingeniero de Minas
M.Sc. Colorado School of Mines
Fundación para el Fomento de la Innovación Industria

Segunda parte. (2 / 6)

Ver siguiente / anterior parte del artículo

2.
La descarbonación de los hidrocarburos.

En el apartado anterior se ha hablado de la producción de H2 a partir de los combustibles fósiles, como paso que permitiera la captura del CO2 en la planta química de reformado o gasificación. Esta es, sin duda, actualmente, la vía más barata de producción de H2, con un coste que es entre 1/4 y 1/6  del de obtención del hidrógeno a partir de renovables, básicamente por electrolisis.

Por lo que corresponde a hidrocarburos, además del reformado, existe una línea química alternativa para producir hidrógeno, basada en la pirólisis (39-44). La reacción es más difícil de dominar tecnológicamente, a pesar de ser menos endotérmica que el reformado (que se analizará detalladamente a continuación). En la pirólisis de los hidrocarburos la reacción general es:

 

          [1] 

que es endotérmica, según se señala con el incremento de entalpía, que es positivo. (En concreto, la reacción necesita exactamente el calor de formación del hidrocarburo, que es el liberado cuando se forma éste a partir de sus elementos químicos).

Para el metano, la energía absorbida por la reacción de descomposición es de 18 kcal/mol CH4 (75 kJ/mol); 20,2 kcal/mol para el etano; 24,8 kcal/mol para el propano, y 30 kcal/mol para el butano.

El mayor inconveniente de estas reacciones es que requieren muy altas temperaturas, y se producen con un solo reactivo (es decir, no por combinación con otro, como es el caso del reformado). Las moléculas se escinden realmente cuando chocan, muy aceleradamente, con una pared muy caliente, por encima de 700 0C. En la figura 1 se muestra el equilibrio que se alcanzaría en la reacción de formación/descomposición del metano. Se aprecia que por encima de 1.000 K, prácticamente todo el metano está escindido. Así pues, la técnica consiste en calentar el metano hasta esos niveles, y dar tiempo a que se alcance el equilibrio.

Figura 1. 
Fracciones molares en equilibrio en la formación/descomposición del metano (a 1 bar)

La aplicación tecnológica de esta idea es la que dificulta su explotación, pues se pierde mucha energía en hornos que funcionen siguiendo este esquema (por lo que se ha de proseguir con las investigaciones sobre este asunto). Hasta la fecha, los rendimientos de los sistemas pirolíticos son ligeramente superiores al 50%, definiendo el rendimiento como la energía extraíble del H2 generado, respecto de la extraíble de todo el CH4 consumido en el proceso. Este consumo tiene dos partes: el CH4 verdaderamente descompuesto; y el CH4 usado en combustión para calentar el horno de descomposición. Este último se convierte en H2O y CO2; por lo que habría que capturar y secuestrar este CO2, separándolo del agua por condensación de ésta. Para ello sería bueno no utilizar aire como comburente, sino O2, (sin N2) con cierta cantidad de H2O vapor para controlar la temperatura de la llama, pues de lo contrario, la combustión directa con O2 produciría temperaturas de humos altísimas (por encima de 3.000 K) y los hornos serían carísimos, por los materiales empleados. Esta técnica también es aplicable a los hornos de reformado.

Nótese un hecho importante, que impide que el rendimiento de la descomposición sea más alto: no se ha contabilizado la energía química contenida en el C elemental producido, que es muy grande. Sin embargo, esto da dos ventajas económicas importantes:

-          El secuestro del C, que es un sólido, es algo muy simple, y por tanto no se necesita acudir a una técnica emergente y cara como la de captura y secuestro del CO2.

-          El C producido puede adquirir un valor importante, por dos razones: en un futuro lejano, sin estar acuciados por el efecto invernadero, podría quemarse, obteniendo su energía correspondiente (393 kJ/mol). Pero además, el C puede servir como elemento de base para la industria de la química orgánica, lo cual puede ser aún de mayor valor en el futuro. En definitiva, el C queda como un activo al que se le podría asignar cierto valor económico.

Aún con estas ventajas, la descomposición de los hidrocarburos está limitada en rendimiento por la razón antedicha de no emplearse (de momento) la energía del C, pues éste sería secuestrado (por cierto plazo, muy largo en términos económicos) para no producir CO2.

Ver siguiente / anterior parte del artículo

Volver al comienzo de página

Índice de temas

Índice del Laboratorio del Hidrógeno

 

Energía sostenible


Portada Índice de temasGrupos de apoyoObjetivosVínculosBibliografíaContactar Buscar


English
 

Este portal ha sido subvencionado parcialmente por el
Plan Nacional de Difusión y Divulgación de la Ciencia y la Tecnología, 2003 del Ministerio de Ciencia y Tecnología