Tecnología avanzada para transformar el gas quemado en antorcha en hidrógeno limpio
La quema de gas está reconocida como uno de los principales contribuyentes a la emisión de gases nocivos que afectan el cambio climático y a la sociedad, al crear una mayor incidencia de cáncer en las comunidades cercanas a los sitios de quema. Lamentablemente, la quema de gas ha existido durante más de 150 años desde los orígenes de la producción de petróleo y gas, y se produce cuando el petróleo crudo se extrae bajo tierra y el gas natural se lleva a la superficie. Particularmente frecuente en áreas con infraestructura limitada, este gas se quema aparentemente sin regulación. De hecho, cada año se queman unos 144.000 millones de metros cúbicos de gas, suficiente para alimentar a todo el África subsahariana.
Según un informe reciente de la BBC, los contaminantes emitidos por esta práctica son altamente dañinos para los humanos y el medio ambiente. La quema de gas emite hollín, metano y compuestos orgánicos volátiles que contaminan el aire y se han relacionado no solo con el cáncer, sino también con deformidades en los niños, daño pulmonar y problemas de la piel. Contribuye a más de siete millones de muertes al año por la contaminación del aire. Además, se estima que el hollín (también conocido como carbono negro o carbono negro sólido) ocupa el segundo lugar después del CO2 en términos de su impacto en el calentamiento global. Esto se debe a que absorbe la luz solar, calienta la atmósfera, se deposita sobre el hielo y la nieve y reduce su capacidad para reflejar la luz. Entonces, la gran pregunta es, ¿Qué se puede hacer? Afortunadamente, existe una solución en el horizonte cercano.
Superar el desperdicio de energía
Según el Banco Mundial, la quema de gas es un desperdicio monumental de un recurso natural valioso que debe usarse con fines productivos, como generar energía, y eso es lo que puede lograr la tecnología de H2-Industries, una empresa global de soluciones de almacenamiento de energía. La compañía ha desarrollado una solución para convertir estos gases de combustión nocivos para el medio ambiente en hidrógeno limpio y carbono sólido, allí donde se producen, en la antorcha de los campos petrolíferos.
H2-Industries utiliza la tecnología de pirólisis para convertir este residuo dañino para el medio ambiente en hidrógeno limpio. El proceso de producción de hidrógeno a partir de gas quemado no emite CO2. La pirólisis es el proceso por el que un sólido (o un líquido) se degrada térmicamente en moléculas volátiles más pequeñas sin interactuar con el oxígeno u otros oxidantes. Es fundamental comprender que la pirólisis no es un cambio de fase sino un proceso químico. Es un proceso de degradación térmica que ocurre por la acción del calor y degrada moléculas más grandes en otras más pequeñas.
La tecnología se entrega en contenedores ISO autónomos de 20 o 40 pies y puede ensamblarse previamente en una producción semiserie y enviarse para su instalación en el sitio de quema. El proceso proporciona hidrógeno limpio unido a portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC). Los LOHC son compuestos orgánicos que pueden absorber y liberar hidrógeno a través de reacciones químicas. Por tanto, los LOHC se pueden utilizar como medio de almacenamiento de hidrógeno. H2-Industries ha desarrollado y comercializado el uso de LOHC para hacer que el manejo del hidrógeno sea más seguro y económico. Con los LOHC, el gas de hidrógeno volátil ya no necesita ser enfriado o comprimido de una manera cara y que consume mucha energía para permitir un transporte económico.
Cualquier proceso es tan económico y ecológico como su materia prima principal y, en el caso de H2-Industries, la materia prima crítica es un residuo. Un requisito crucial para el proceso es el suministro de electricidad, que se realiza mediante unidades internas de generación de energía que no utilizan combustibles fósiles ni la toman de la red. Esta electricidad libre de CO2 puede ser proporcionada por pilas de combustible de hidrógeno que transforman el hidrógeno producido en el sitio en energía eléctrica o por unidades de Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) que recuperan el calor del almacenamiento de hidrógeno en unidades LOHC y el calor desperdiciado en el proceso de desplazamiento de gas de agua para producir energía para todo el proceso.
El proceso puede producir hasta 100 kg de hidrógeno limpio y 730 kg de carbono negro sólido a partir de 1 t de gas quemado. Una plataforma petrolera típica de tamaño mediano quema unas 13.500 t de gas al año, y un solo contenedor "Flare to Hydrogen" de H2-Industries puede producir 158 t/año de hidrógeno limpio. Procesar 100 Mt de gas quemado por año, la cantidad quemada en 2021, permite producir 10 Mt de hidrógeno limpio. El hidrógeno limpio cuesta entre 2 y 3 $/kg, mientras que los niveles de precios de mercado están entre 3 y 4 $/kg para el hidrógeno gris y 7 $/kg para el hidrógeno libre de emisiones de CO2.
Limpiando el carbono negro
El único subproducto del proceso es carbono negro que se puede exportar a cualquier lugar del mundo utilizando contenedores ISO. Este producto se utiliza principalmente para fortalecer el caucho de los neumáticos. Pero también puede actuar como pigmento, estabilizador UV, agente conductor o aislante en diversas aplicaciones de caucho, plástico, recubrimiento y otros usos cotidianos, incluidas mangueras, cintas transportadoras, zapatos e impresión.
Generalmente, el carbono negro se produce en un reactor de alta temperatura mediante un proceso de síntesis de llama estrictamente controlado, que utiliza petróleo y, a veces, gas natural, como materia prima. Como resultado, la producción de carbono negro así como la producción de su materia prima, contribuye significativamente al calentamiento global y la contaminación ambiental.
El proceso de H2-Industries captura carbono negro limpio, no producido a partir de combustibles fósiles, y sin emisiones adicionales de CO2. Este carbono negro se puede vender en el mercado mundial, donde los precios actuales oscilan entre 1,5 y 2,5 $/kg.
El proceso de hidrogenación
Es crucial que cualquier proceso pueda hacer frente a la composición variable de la materia prima que utiliza. La composición del gas de antorcha difiere de una antorcha a otra; por lo tanto, el metano puro (CH4) debe separarse con membranas que eliminen las diversas mezclas de hidratos de carbono para que solo quede CH4 puro. Luego, este CH4 se descompone mediante pirólisis en hidrógeno limpio y carbono sólido sin emisiones de CO2 a la atmósfera.
Con presiones entre 30 – 50 bar y catalizadores especialmente desarrollados para esta aplicación, el LOHC se puede hidrogenar; el hidrógeno puede unirse químicamente. El LOHC+ hidrogenado resultante puede manejarse utilizando la infraestructura existente para el diésel y gasolina. El proceso de hidrogenación es exotérmico. El calor residual desarrollado de esta manera se puede utilizar en otros procesos, aumentando así la eficiencia general del sistema. Para deshidratar el LOHC+ para liberar nuevamente el hidrógeno del líquido, el LOHC+ pasa a través de un reactor de deshidrogenación, que contiene el catalizador necesario para este proceso.
A diferencia de la hidrogenación, la deshidrogenación es una reacción endotérmica. Por lo tanto, debe aportarse energía al proceso y puede, por ejemplo, estar disponible dentro del sistema utilizando el propio hidrógeno limpio o proporcionado por otras fuentes de calor externas. El LOHC deshidrogenado puede devolverse de nuevo al lugar de la hidrogenación y "recargarse" con hidrógeno, cerrándose el ciclo. El LOHC en sí no se consume sino que se reutiliza muchas veces. La vida útil también aumenta por la posibilidad de purificación tan pronto como sea necesario después de varios ciclos.
Según el Global Gas Flaring Tracker 2022 del Banco Mundial, las reducciones en los volúmenes absolutos de quema y la intensidad de la quema se han estancado en la última década, a pesar del sólido progreso inicial. Las impresionantes reducciones de algunos países no han compensado los preocupantes aumentos de otros. Los diez principales países en quema de gas representaron el 75% de toda la quema de gas y el 50% de la producción mundial de petróleo en 2021. Siete de los diez principales países que queman han ocupado esta posición de manera constante durante los últimos diez años: Rusia, Irak, Irán, Estados Unidos, Venezuela, Argelia y Nigeria. Los tres restantes, México, Libia y China, han mostrado aumentos significativos en los últimos años.
Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), ha llegado el momento de aprovechar la tan pregonada contribución potencial del hidrógeno a un sistema energético sostenible. El hidrógeno se puede utilizar en muchas más aplicaciones que las comunes hoy en día. Aunque esto todavía representa una pequeña parte de la demanda total de hidrógeno, el progreso reciente en la expansión de su alcance ha sido fuerte, particularmente en el transporte. También se puede usar en los hogares, como fuente de energía portátil y en muchas más aplicaciones. Al utilizar la tecnología LOHC de H2-Industries, se pueden evitar las emisiones nocivas de la quema de gas y convertirse en hidrógeno verde, muy valioso y necesario para acelerar el ritmo de la transición energética.
