El hidrógeno y el metano son dos gases que desempeñan un papel importante en el panorama energético actual. Ambos son considerados como fuentes de energía limpia debido a su baja emisión de carbono. Sin embargo, presentan diferencias significativas en términos de producción, almacenamiento, transporte y eficiencia energética. En este artículo, se analizarán las propiedades energéticas del hidrógeno y el metano para comprender mejor sus características y aplicaciones en diferentes sectores.
El hidrógeno y el metano son fuentes de energía con características distintas que influyen en su producción, almacenamiento, transporte y aplicaciones. Si bien el hidrógeno tiene ventajas en términos de eficiencia energética y emisiones de carbono, su almacenamiento y transporte plantean desafíos técnicos.
El metano, por otro lado, es más fácil de manejar y se utiliza ampliamente en aplicaciones energéticas existentes. Ambos gases desempeñan un papel importante en la transición hacia una economía baja en carbono, y su elección depende de las necesidades y requisitos específicos de cada aplicación.
Diferencias entre el hidrógeno y metano
El hidrógeno (H2) y el metano (CH4) son dos hidrocarburos gaseosos que contienen átomos de hidrógeno en su estructura molecular. Ambos gases pueden ser utilizados como combustibles, pero tienen propiedades energéticas distintas que influyen en su aplicabilidad y eficiencia en diversas aplicaciones.
Producción
El hidrógeno se puede producir a partir de varias fuentes, como el agua mediante la electrólisis, el gas natural mediante la reforma con vapor o mediante la biomasa. El metano, por otro lado, se encuentra principalmente en depósitos subterráneos de gas natural y se extrae a través de procesos de perforación y extracción.
Almacenamiento y transporte
El hidrógeno es un gas altamente inflamable y requiere condiciones especiales de almacenamiento y transporte. Se puede comprimir a altas presiones o almacenar en forma líquida a temperaturas muy bajas. Por otro lado, el metano es más fácil de almacenar y transportar, ya que se puede comprimir a presiones más bajas y se encuentra en estado gaseoso a temperaturas y presiones ambientes.
Eficiencia energética
En términos de eficiencia energética, el hidrógeno tiene una ventaja potencial sobre el metano. El hidrógeno tiene la mayor densidad de energía por unidad de masa entre todos los combustibles, lo que significa que puede almacenar y liberar más energía en relación con su peso. Sin embargo, el metano tiene una mayor densidad de energía por unidad de volumen, lo que lo hace más eficiente en términos de almacenamiento y transporte.
Emisiones de carbono de hidrógeno y metano
Tanto el hidrógeno como el metano son considerados como fuentes de energía limpia en comparación con los combustibles fósiles convencionales. El hidrógeno no emite carbono cuando se quema, ya que su combustión produce solo vapor de agua. Por otro lado, el metano libera dióxido de carbono (CO2) cuando se quema, aunque en menor cantidad que otros combustibles fósiles, lo que lo convierte en una opción más sostenible desde el punto de vista medioambiental.
Aplicaciones
El hidrógeno se utiliza principalmente en aplicaciones de celdas de combustible, donde se combina con oxígeno para generar electricidad con una alta eficiencia. También se está explorando su uso en el transporte, la industria y la producción de calor. El metano, por otro lado, se utiliza ampliamente como combustible en aplicaciones de calefacción, generación de electricidad y como combustible vehicular en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL).
Sinergias entre el hidrógeno y metano
Investigadores de la Universidad de Princeton han encontrado sinergias entre el hidrogeno y el metano. Afirman que una economía basada en el hidrógeno reduciría las emisiones de CO2 y mejoraría la calidad del aire. También aumentaría las emisiones de hidrógeno (H2) debido a fugas, ventilación, purga y combustión incompleta. Este es la conclusión del informe donde relacionan hidrogeno y metano atmosférico.
El aumento en la concentración de hidrógeno troposférico podría reducir la disponibilidad del grupo hidroxilo (OH), que es el sumidero dominante para el metano y el hidrógeno. “El H2 verde puede mitigar el metano atmosférico si las pérdidas de hidrógeno a lo largo de la cadena de valor están por debajo del 9 ± 3 %”, escribieron los investigadores en un nuevo estudio en Nature Communications . “Blue H2 puede reducir las emisiones de metano solo si las pérdidas de metano están por debajo del 1%.
Los casos analizados de hidrogeno y metano
El American Bureau of Shipping ha revisado, verificado y aprobado el diseño del H2Neo, un transportador de H2 comprimido de 26.000 metros cúbicos. Afirmó que H2Neo es «el primero de su tipo en recibir este nivel de aprobación», luego de la finalización del Diseño de Ingeniería Frontal (FEED) por parte de Provaris Energy de Australia. El desarrollador con sede en Perth ahora construirá y probará un prototipo de tanque de hidrógeno, mientras se prepara para la construcción de barcos «con un astillero seleccionado». Llevará al H2Neo al estado listo para la construcción en 2023, seguido de un transportador de hidrógeno comprimido verde más grande en 2026.
La unidad de celdas de combustible de Hyundai Motor, HTWO, firmó una asociación con la subsidiaria Enginius de Faun Group para suministrar sistemas de celdas de combustible para la producción en masa de camiones comerciales impulsados por hidrógeno. “El sistema de celdas de combustible de 90 kW de HTWO se combinará con los sistemas Enginius para proporcionar energía sin emisiones para los camiones de recolección de desechos y los camiones de carga medianos para la entrega de mercancías dentro de la ciudad”, dijeron las dos compañías. Esperan comenzar las pruebas de campo en 2024 y la producción en serie en 2025.
Producir hidrógeno desde metano de forma sostenible
Uno de los combustibles más utilizados es el gas natural. Está compuesto principalmente por metano (95-99%) y otros compuestos. Su gran incoveniente es ser un combustible fósil.
Sin embargo, tenemos otros gas con una composición similar al gas natural. Se trata del biometano, que tiene una composición del 95-99% de metano, CO2 y otros compuestos. Su ventaja es que su origen se debe a la degradación de los compuestos orgánicos mediante un proceso biológico. Este se denomina digestión anaerobia.
El biometano puede emplearse como biocombustible para el transporte, inyectarse en la red gasista o utilizarse como materia prima para la obtención de hidrógeno mediante la misma tecnología de reformado de gas natural.
El proceso de producción de metano a hidrógeno
El reformado de metano por vapor, a partir de gas natural, es el proceso más utilizado para la obtención de hidrógeno actualmente. Se trata de una tecnología probada y madura.
Aprovecha la alimentación continúa mediante la infraestructura de gasoductos existentes. Este proceso permite producir hidrógeno desde metano. Consiste en la reacción del metano con el vapor de agua. Las condicines necesarias son alta temperatura (700-100˚C) y una presión de 3 a 25 bares sobre un catalizador. Así, mediante un un proceso endotérmico se produce hidrógeno, monóxido de carbono y una cantidad relativamente pequeña de CO2.
Despúes, tiene lugar la reacción de desplazamiento de agua-gas. Entonces, el monoxido de carbono y el vapor reaccionan en presencia del catalizador para producir dioxido de carbono y más hidrógeno.
El paso final del proceso de metano a hidrógeno es la adsorción por cambio de presión. El CO2 y otras impurezas se eliminan de la corriente de gas, dejando al hidrógeno prácticamente puro. Este CO2 emitido al final de este proceso puede ser capturado con un sistema de captura y almacenamiento de carbono, reduciendo las emisiones del mismo.
