Energética XXI. Junio-julio 2024

Proyecto SIGEN2H2-FC: optimización energética y eficiencia en la producción de hidrógeno a partir de residuos 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 (SIGEN2H 2 -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. CLÚSTER ENERGÍA COMUNIDAD VALENCIANA (CECV) E n ese sentido, el proyecto aborda dis- tintos estudios: impacto del uso de catalizadores en el proceso de piróli- sis y el craqueo para; reducir la temperatura de pirólisis, y la obtención y maximización a gases de mayor interés actual como el hidró- geno. Análisis de las tecnologías presentes en el mercado más adecuada para la composi- ción 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 presuriza- ción, 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 econó- micos 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 equi- pos y los focos de calor residual aprovechable. Los materiales usados como catalizado- res (KOH, Fe2O3, zeolita ZSM-5 y cenizas) se han partido de materiales disponibles co- mercialmente, excepto las que tienen una gran cantidad de metales de transición. Los resultados han mostrado que los mejores resultados obtenidos han sido con los cata- lizadores de Fe2O3 y con KOH. Tras el proce- so 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 cata- lizador 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 conver- sión puede ser incrementada operando con un mayor tiempo de residencia y relación pi- rogás/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 dife- rentes sistemas de purificación de hidrógeno estudiados en la bibliografía se ha seleccio- nado el sistema de PSA/VSA o simplificado como vPSA debido a la versatilidad y que no genera contaminantes químicos. El de- sarrollo 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 reac- ción de WGS, el sistema de separación con PSA/VSA (a veces expresado como vPSA) es capaz de recuperar el 62.4% de dicho hidró- geno con una pureza mínima del 99.95%. Además, el sistema seleccionado permite obtener corrientes de hidrógeno de dife- rente 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 H 2 , asociado al con- sumo de electricidad por kg de H 2 ) respecto al resto de tecnologías de almacenamiento de hidrógeno. Del modelo teórico desarrollado, se ha ob- servado 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 herra- mienta, se han planteado diferentes estrate- gias para el aprovechamiento de estos focos de calor mediante la introducción de un elec- trolizado de alta temperatura que aumente la producción de hidrógeno del proceso con un coste energéticomenor. Así, se han empleado las herramientas digitales desarrolladas en las dos anteriores fases para optimizar energéti- camente el proceso◉ Hidrógeno y gases renovables 60 ENERGÉTICA XXI · 237 · JUN/JUL 24