Recuperació d'H2 en processos industrials electroquímics per a la seva utilització com a combustible

A través del projecte Hyrelec, l'Institut Tecnològic Metalmecánico en col·laboració amb l'Institut Tecnològic de l'Energia, coordinador el projecte, han estudiat l'aprofitament de l'hidrogen residual generat en les indústries d'anodizado a fi d'obtenir un valor afegit en el procés industrial i rendibilitzar un subproducte.

L'objectiu general del projecte Hyrelec és la recuperació d'H₂ en processos electroquímics industrials per a la utilització del mateix amb finalitats energètiques, concretament com a combustible.

Secundàriament es busca ampliar el camp d'aplicació d'aquest projecte de manera que la tecnologia desenvolupada pugui incorporar-se a altres sectors interessats a utilitzar hidrogen com a font energètica.

Aquest projecte de R+D compta amb el finançament de l'Impiva dins del Programa de Projectes en Col·laboració, nº formi expedient IMDECA/2012/26.

El projecte s'ha dividit en les següents activitats distribuïdes en dues anualitats:

1. Descripció i selecció de processos electroquímics potencials de generar hidrogen.

2. Estudi i definició de gasos.

3. Estudi i definició de sistemes de purificació i emmagatzematge d'H₂.

4. Anàlisi del sistema de purificació i emmagatzematge d'hidrogen a laboratori.

5. Disseny d'una planta de recuperació d'hidrogen a partir de processos electroquímics industrials.

6. Estudi tècnic-econòmic.

El tractament proposat per a la recuperació de l'hidrogen de les plantes d'anodizado té les següents etapes: Captació – Concentració – Emmagatzematge – Combustió.

Per a l'etapa de concentració s'ha seleccionat la tecnologia d'adsorció per oscil·lació de pressió com la més adequada per concentrar l'hidrogen procedent de l'anodizado d'alumini. En el desenvolupament del projecte, també s'han avaluat i desenvolupat adsorbents específics per al tractament dels possibles contaminants que poguessin estar presents en gasos procedents de l'anodizado d'alumini o altres processos de producció d'hidrogeno.

Quant a l'etapa d'emmagatzematge, s'ha detectat que la tecnologia d'hidrogen comprimit és la més viable per emmagatzemar l'hidrogen obtingut.

S'han estudiat tres supòsits diferents de concentració d'hidrogen en el sistema de captació, 5%, 15% i 45%, per a l'estudi de viabilitat econòmica. El segon dels supòsits podria aconseguir-se mitjançant petites millores d'estanqueïtat en el procés de captació desenvolupat en el projecte.

A continuació, a manera de taula resumeixen, es mostra la comparació de les tecnologies existents al mercat per a la producció d'hidrogen i l'aprofitament desenvolupat en aquest projecte.

D'aquesta comparativa, l'aprofitament dels banys d'anodizado destaca enfront de les altres tecnologies pels següents punts:

- No comporta despeses de producció (ni d'inversió ni d'explotació).

- No comporta despeses ni de transport des de l'origen fins als usuaris (per tant, tampoc de compressió i emmagatzematge per a fonts mòbils).

- No té contaminants específics ni es troba barrejat amb CO/CO₂, només diluït en aire pel que no ha de tenir etapa de purificació, només de concentració.

- No consumeix cap tipus de recurs natural: carbó, combustibles fòssils, etc.

- La seva producció no genera emissions de CO₂.

- No té despeses energètiques addicionals en la seva etapa de producció.

Al no contenir contaminants pot ser aprofitat segons els valoris límits de components de la norma UNEIX-ISO 14687:2006 per a hidrogen com a combustible. L'únic inconvenient és la baixa concentració oposada, no obstant això supera l'índex d'inflamabilitat de l'hidrogen, 4%, i a més existeixen una sèrie de millores en el procés que poden comportar augmentar aquest percentatge fins a valors per sobre del 15% sense pràcticament canvis, podent competir amb un procés de gasificació de carbó amb jaç fix.

La viabilitat econòmica del projecte es troba condicionada a el % de recuperació d'hidrogen obtingut i a la possibilitat d'utilització directa com a combustible. Des del punt de vista energètic l'hidrogen genera anualment 182 W/m² processat, dels quals el 38% són fàcilment recuperables.

A continuació es mostra per a una instal·lació tipus la recuperació energètica i els costos d'inversió que suposaria l'aprofitament de l'hidrogen.

Conclusions

L'estudi de l'aprofitament de l'hidrogen residual generat en les empreses d'anodizado mostra que existeix potencial per a la seva recuperació com a combustible després d'un procés de concentració i emmagatzematge. S'ha comprovat que s'aconsegueixen recuperacions d'un 38% de l'hidrogen produït obtenint 182 W/m² de superfície anodizada. A més, aquest combustible constitueix una font d'energia neta ja que no genera emissions de CO₂ addicionals ni consumeix combustibles fòssils ni carbó en la seva producció. També s'ha demostrat que no conté contaminants, per la qual cosa no necessita un sistema de purificació posterior, només de concentració i emmagatzematge.

Per a l'etapa de combustió, s'han previst diferents aplicacions d'aprofitament del poder calorífic de l'hidrogen dins de la mateixa empresa, entre les quals calen destacar:

• Assistent de calderes existents.
• Combustió en calderes d'hidrogen combinat amb oxigen.
• Cambres de combustió amb bescanviadors de calor per a escalfament de cubes de banys.