Clúster Energía Comunidad Valenciana (CECV),

La tercera fase del proyecto titulado 'investigación base en la generación de hidrógeno por medio de técnicas de gasificación a partir de mezclas de fracciones rechazo de residuos que acaban en vertedero y modelos de simulación' (SIGEN2H2-FC) se ha enfocado en el estudio de la eficiencia y optimización energética de los procesos individuales más costosos y en el conjunto del proceso para que el consumo energético de producción de hidrógeno sea el menor posible.

En ese sentido, el proyecto aborda distintos estudios: impacto del uso de catalizadores en el proceso de pirólisis y el craqueo para reducir la temperatura de pirólisis, y la obtención y maximización a gases de mayor interés actual como el hidrógeno. Análisis de las tecnologías presentes en el mercado más adecuadas para la composición del hidrógeno obtenido en el proceso y las etapas de purificación de este eliminando los contaminantes más problemáticos para su posterior uso.

También, se ha realizado un estudio del almacenamiento y presurización, estimando las condiciones de presión y temperatura del gas durante los procesos de almacenamiento hasta su posterior inyección a red teniendo en cuenta los aspectos económicos más relevantes para los volúmenes de gas a manejar. Además, se ha desarrollado un modelo teórico del proceso completo para evaluar los principales consumos de los equipos y los focos de calor residual aprovechable.

Los materiales usados como catalizadores (KOH, Fe2O3, zeolita ZSM-5 y cenizas) se han partido de materiales disponibles comercialmente, excepto las que tienen una gran cantidad de metales de transición. Los resultados han mostrado que los mejores resultados obtenidos han sido con los catalizadores de Fe2O3 y con KOH. Tras el proceso de pirólisis, se ha optado con continuar el proyecto con el catalizador de Fe2O3, ya que es un sólido más fácil de recuperar que el KOH. Los catalizadores se han probado en un reactor de lecho fijo.

En cuanto al craqueo catalítico la principal ventaja es la posibilidad de operar a menor temperatura (500-700°C vs 110-1200ºC). De esta forma se debe disponer un lecho fluidizado o un lecho fijo con el catalizador dispuesto en los tubos del equipo. El mayor inconveniente es alcanzar conversión para los caudales grandes de operación de una planta industrial. No obstante, la conversión puede ser incrementada operando con un mayor tiempo de residencia y relación pirogás/alimentación y la eficiencia energética del proceso completo puede mejorar debido a la menor temperatura de operación.

En cuanto a la purificación del hidrógeno obtenido se ha observado que entre los diferentes sistemas de purificación de hidrógeno estudiados en la bibliografía se ha seleccionado el sistema de PSA/VSA o simplificado como vPSA debido a la versatilidad y que no genera contaminantes químicos. El desarrollo del proyecto ha permitido obtener una composición del gas rico en hidrógeno después de la reacción catalítica de water gas shift (WGS). 

Del 47.4% de concentración de hidrógeno que se obtiene tras la reacción de WGS, el sistema de separación con PSA/VSA (a veces expresado como vPSA) es capaz de recuperar el 62.4% de dicho hidrógeno con una pureza mínima del 99.95%. Además, el sistema seleccionado permite obtener corrientes de hidrógeno de diferente pureza según su aplicación final. Para el almacenamiento se ha seleccionado el almacenamiento en estado gaseoso, ya que es el que menor coste en cuanto consumo energético (3-5 kWh/kg H2, asociado al consumo de electricidad por kg de H2) respecto al resto de tecnologías de almacenamiento de hidrógeno.

Del modelo teórico desarrollado, se ha observado que, mediante la identificación de los focos de calor residual aprovechable, se ha establecido el primer paso para la mejora de la eficiencia del proceso. A partir de esta herramienta, se han planteado diferentes estrategias para el aprovechamiento de estos focos de calor mediante la introducción de un electrolizado de alta temperatura que aumente la producción de hidrógeno del proceso con un coste energético menor. Así, se han empleado las herramientas digitales desarrolladas en las dos anteriores fases para optimizar energéticamente el proceso.