Stanford multiplica por 10 la eficiencia para producir hidrógeno del metano y obtiene grafito
Producir hidrógeno a partir de metano sin convertir directamente su carbono en CO₂ es una posibilidad que la industria lleva años investigando. Ahora, un equipo de Stanford University asegura haber dado un paso importante para resolver uno de los principales obstáculos de esta tecnología: la enorme cantidad de energía necesaria para llevar la reacción hasta temperaturas próximas a los 1.000 °C.
Los investigadores han desarrollado un reactor que cambia la forma de aportar esa energía y consigue multiplicar por diez la eficiencia del calentamiento. Además, el proceso genera carbono sólido con un grado de grafitización del 96 %, abriendo la puerta a aprovecharlo como materia prima para fabricar grafito.
- Stanford cambia la forma de calentar los reactores de pirólisis de metano
- Generar el calor directamente donde se necesita
- El segundo producto podría ser casi tan interesante: carbono grafitizado al 96 %
- Menos emisiones que el hidrógeno convencional, pero no es hidrógeno verde
- El gran examen será llevar el reactor a escala industrial
- Su mayor virtud puede estar en sustituir el hidrógeno fósil que ya utilizamos
Stanford cambia la forma de calentar los reactores de pirólisis de metano
La clave está en la pirólisis del metano. A diferencia del reformado con vapor utilizado actualmente para producir buena parte del hidrógeno mundial, este proceso descompone el CH₄ en ausencia de oxígeno mediante una reacción relativamente sencilla:
CH₄ → C + 2 H₂
El resultado son dos productos separados: hidrógeno en estado gaseoso y carbono sólido. Este último no termina necesariamente convertido en CO₂, como sucede en los procesos convencionales.
El problema aparece cuando se intenta llevar esta tecnología a escala industrial. La pirólisis necesita temperaturas cercanas a los 1.000 °C y calentar grandes reactores desde sus paredes exteriores resulta poco eficiente. Cuanto mayor es el recipiente, más difícil resulta conseguir que la energía térmica llegue de manera uniforme a su interior.
Generar el calor directamente donde se necesita
La propuesta del equipo de Stanford cambia precisamente este punto. En vez de suministrar toda la energía desde el exterior, el calor se produce dentro del propio reactor.
Para conseguirlo se utiliza una pequeña parte del hidrógeno obtenido durante el proceso. Su combustión genera principalmente agua y proporciona la energía térmica necesaria justo en la zona donde está produciéndose la descomposición del metano.
Según los resultados experimentales, esta configuración consigue un aprovechamiento de la energía destinada al calentamiento hasta diez veces superior al de una arquitectura comparable calentada externamente.
No estamos, por tanto, ante el descubrimiento de una nueva reacción química. La innovación consiste en modificar la ingeniería del reactor para intentar que una tecnología ya conocida pueda funcionar de forma mucho más eficiente cuando aumente de tamaño.
El segundo producto podría ser casi tan interesante: carbono grafitizado al 96 %
Hay otro resultado especialmente llamativo. El carbono sólido generado durante las pruebas alcanzó aproximadamente un 96 % de grado de grafitización.
Esto podría permitir utilizarlo como precursor para producir grafito tras los correspondientes procesos posteriores de purificación y tratamiento.
El detalle no es menor. El grafito tiene numerosas aplicaciones industriales y es, además, uno de los materiales fundamentales de las baterías de ion-litio, donde se utiliza masivamente en los ánodos.
Una instalación de estas características podría, por tanto, obtener dos productos aprovechables de una misma materia prima: hidrógeno y carbono con potencial valor comercial.
Eso sí, el material producido por Stanford todavía no debe confundirse con grafito preparado directamente para fabricar baterías. Para aplicaciones de elevada exigencia tendría que someterse a procesos adicionales hasta alcanzar las especificaciones necesarias.
Menos emisiones que el hidrógeno convencional, pero no es hidrógeno verde
Hay una diferencia importante que conviene remarcar. Utilizar gas natural significa que este sistema no produce hidrógeno verde.
La ventaja climática procede principalmente de evitar que el carbono presente en el metano sea transformado directamente en CO₂ durante la producción del hidrógeno.
Los investigadores sitúan la huella del proceso completo aproximadamente entre 1,9 y 4,5 kg de CO₂ equivalente por cada kilogramo de hidrógeno, aunque el resultado final depende de factores como el origen del metano y las emisiones asociadas a toda su cadena de suministro.
Las fugas de metano son especialmente relevantes. Una tasa elevada durante la extracción, procesamiento o transporte del gas puede empeorar considerablemente el balance climático de esta tecnología.
El gran examen será llevar el reactor a escala industrial
Los resultados son prometedores, pero todavía existe una distancia considerable entre demostrar el concepto y construir una planta capaz de producir hidrógeno comercialmente durante miles de horas.
Entre los desafíos pendientes está aumentar las dimensiones del reactor manteniendo su eficiencia, retirar continuamente el carbono sólido sin provocar obstrucciones y comprobar la durabilidad del sistema.
También será necesario determinar cuánto cuesta acondicionar y purificar el carbono obtenido, además del precio final del hidrógeno una vez incluidos todos los gastos de operación, mantenimiento y materia prima.
Solo entonces podrá realizarse una comparación económica realmente útil frente al reformado convencional o los electrolizadores alimentados mediante energías renovables.
Su mayor virtud puede estar en sustituir el hidrógeno fósil que ya utilizamos
La propuesta de Stanford me parece interesante precisamente porque no intenta vender una solución mágica para todos los usos del hidrógeno. Su potencial más inmediato estaría en reducir las emisiones de industrias que ya consumen enormes cantidades de H₂ procedente de combustibles fósiles.
Amoniaco, fertilizantes, refinerías, química o determinadas aplicaciones siderúrgicas parecen destinos bastante más razonables que inventar nuevos usos del hidrógeno simplemente porque pueda producirse con una huella inferior.
Además, obtener un carbono potencialmente valorizable puede mejorar notablemente la ecuación económica. Pero existe una condición imprescindible: las emisiones deben calcularse desde el pozo hasta el producto final. Si el gas natural utilizado llega acompañado de importantes fugas de metano, buena parte de las ventajas desaparece.
La tecnología tendrá que demostrar ahora lo más complicado: que esos excelentes resultados de laboratorio sobreviven al tamaño, costes y funcionamiento continuo que exige una planta industrial.
