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Jun 09, 2023

La economía del hidrógeno es esencial para los esfuerzos de descarbonización

Por Keefe Borden14 de marzo de 2023 La economía del hidrógeno no es una perspectiva imaginaria

Por Keefe Borden14 de marzo de 2023

La economía del hidrógeno no es una perspectiva imaginaria de un futuro utópico distante, sino que cada vez más es una realidad, dijo un panel de ingenieros en un seminario web reciente. En respuesta a esto, la industria de la compresión ha visto un claro aumento en los pedidos de compresores de hidrógeno en los últimos meses.

"La economía del hidrógeno ya no es algo para el futuro. Lo estamos presenciando en este momento", dijo Lennert Buijs, gerente de proyectos de TNO, quien habló en un seminario web reciente organizado por el Foro Europeo de Compresores Alternativos.

El EFRC publicó recientemente un libro blanco, "Compresión de hidrógeno: impulsar la economía del hidrógeno", para analizar el crecimiento de la compresión de hidrógeno en Europa. Su seminario web reciente se llevó a cabo para revelar los principales contenidos de ese documento.

El documento de EFRC ofreció una descripción general de las ventajas y desventajas relativas de los diferentes sistemas de compresión utilizados en la economía del hidrógeno. La organización destaca la tecnología de compresión de hidrógeno existente y los desarrollos en Europa que respaldan la transición hacia una economía de hidrógeno verde.

El libro blanco y el seminario describieron los diversos tipos de compresores disponibles para la compresión de hidrógeno y las ventajas y limitaciones relativas de cada uno. La cadena de valor del hidrógeno se puede dividir en tres partes: producción, transporte y almacenamiento de hidrógeno y uso final del hidrógeno. Se necesita compresión en cada porción de la cadena de valor.

Una vez producido, el hidrógeno se comprime y se alimenta a un sistema de transporte. Se puede alimentar a una tubería, lo que también requeriría compresión para mover las moléculas a otra ubicación. También se puede transportar en un remolque, pero aquí también se requiere compresión, y generalmente a presiones incluso más altas que las que requieren las tuberías.

La industria necesita compresión para almacenamiento en tanques o en almacenamiento subterráneo de gas. En cualquier caso, el almacenamiento puede amortiguar la naturaleza intermitente de la producción y el consumo de hidrógeno, dijo el periódico.

El consumo de hidrógeno, el tercer eslabón de la cadena de valor, también puede requerir una compresión que cumpla con criterios específicos según la aplicación. El hidrógeno se puede utilizar para la generación de energía, como materia prima o como combustible para vehículos.

Europa está avanzando con múltiples proyectos de hidrógeno que están diseñados para reducir la dependencia de los hidrocarburos. "Vemos muchos proyectos en desarrollo en este momento", dijo René Peters, uno de los presentadores del seminario web reciente.

La Unión Europea en su Green Deal ve un papel importante para el hidrógeno y la electricidad en su futuro sistema energético. En los Países Bajos, por ejemplo, hay alrededor de 160 proyectos que finalmente producirán 12 GW de hidrógeno verde para 2030, dijo.

Los Países Bajos también se comprometieron a construir una red de tuberías de hidrógeno que se conectaría con una red similar en Alemania y Bélgica y con ubicaciones en alta mar. Se necesitaría compresión en toda la red de tuberías, dijo.

Europa también necesitará compresión para un número cada vez mayor de estaciones de servicio de hidrógeno, que deben proporcionar hidrógeno de alta pureza entre 350 y 700 bar para alimentar vehículos personales o camiones pesados. En Alemania existen 93 estaciones y otras 50 en desarrollo. Países Bajos, Bélgica, Dinamarca, Noruega y Suiza también cuentan con un número creciente de estaciones de servicio.

“Vemos un gran despliegue de estaciones de servicio de hidrógeno en Europa”, dijo Buijs. "Estamos viendo rápidamente una cobertura completa del noroeste de Europa para vehículos de celdas de combustible de hidrógeno y camiones pesados".

Algunos operadores de midstream están tratando de utilizar cavernas de sal y campos de gas agotados para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala. Se podrían almacenar hasta 250 GW de hidrógeno en cavernas de sal. "El almacenamiento es vital para asegurar un mercado. Se necesitan cavernas para garantizar la seguridad del suministro", dijo.

El documento y el seminario web señalaron que se pueden usar varios tipos de compresores para hidrógeno y algunos se adaptan mejor que otros según la aplicación. El estudio comparó varios tipos de compresores en cuanto a capacidad, confiabilidad, presión final, pureza del gas, eficiencia, potencial de índices de reducción, pulsaciones, vibraciones y ruido.

Los compresores alternativos se encuentran entre los más comunes porque pueden proporcionar una amplia gama de presiones y capacidades. Tienen un sólido historial después de décadas de uso en refinerías. Por lo general, son máquinas versátiles que pueden manejar bien los cambios en las condiciones del proceso y pueden reducirse con gran eficiencia. Los compresores alternativos pueden ser lubricados o no lubricados.

Una de las desventajas de los compresores alternativos es que tienen muchas piezas de desgaste que deben mantenerse y reemplazarse periódicamente. La relación de presión por etapa es algo limitada, lo que a menudo significa que necesitan varias etapas para impulsar el gas a una presión más alta. Los compresores alternativos también crean un flujo pulsante de gas que puede generar vibraciones que deben controlarse.

Los compresores alternativos son la opción más común para el transporte de hidrógeno por tuberías. También se utilizan comúnmente en aplicaciones de almacenamiento subterráneo de hidrógeno, que normalmente necesitan entre 200 y 300 bar. Las condiciones para esta aplicación pueden variar y las inyecciones y retiros pueden ocurrir varias veces al día.

Los compresores de diafragma e hidráulicos son máquinas de desplazamiento positivo que tienen un buen historial en aplicaciones de hidrógeno. Son particularmente adecuados para las estaciones de servicio de hidrógeno porque aseguran una alta pureza del gas y pueden lograr mayores relaciones de presión por etapa. Tienen limitaciones: generalmente tienen menor capacidad que sus primos alternativos. Además, requieren una operación cuidadosa con un servicio regular para garantizar una confiabilidad óptima. Reemplazar una membrana en un compresor de diafragma es un proceso relativamente lento en comparación con reemplazar piezas en compresores hidráulicos.

Los compresores de tornillo son máquinas de desplazamiento positivo que reducen el volumen de gas a través de un tren establecido entre dos rotores giratorios. Uno de los beneficios es que generalmente tienen una velocidad de funcionamiento más alta que un compresor alternativo, lo que le da una mayor capacidad para el mismo espacio. Los compresores de tornillo tienen pocas piezas de desgaste, lo que significa menos mantenimiento programado que las máquinas reciprocantes.

Sin embargo, los compresores de tornillo tienen una capacidad menor que los compresores de pistón y un historial limitado para el hidrógeno debido a su presión de descarga relativamente baja, que suele estar entre 30 y 40 bar. Los compresores de tornillo también generan pulsaciones en el lado de salida, a menudo a una frecuencia más alta que los compresores de pistón.

Los compresores centrífugos utilizan un impulsor para acelerar y comprimir gases. Se consideran una tecnología madura para aplicaciones ricas en hidrógeno como hidrocraqueadores en refinerías. Sin embargo, no son adecuados para aplicaciones de hidrógeno puro, encontró el estudio.

Los compresores centrífugos pueden funcionar a alta velocidad y tener una gran capacidad, a menudo más alta que los compresores de pistón del mismo tamaño. No tienen piezas de desgaste y sus pulsaciones son mucho más bajas que los compresores de pistón.

Sin embargo, su relación de presiones por etapa es muy baja y tienen un punto de eficiencia limitado. Están diseñados para operar en un conjunto específico de circunstancias. Si esas circunstancias cambian, la eficiencia cae.

"Los compresores centrífugos aún tienen un historial muy limitado para aplicaciones de hidrógeno puro", dijo.

Finalmente, también se discutieron algunos conceptos más innovadores para la compresión de hidrógeno, utilizando principios no mecánicos. Estos incluyen, por ejemplo, la compresión electroquímica y la compresión con hidruro metálico. Aunque aún no han alcanzado el nivel de madurez y la capacidad de los compresores clásicos (mecánicos) convencionales, estas tecnologías están evolucionando rápidamente y son de claro interés para aplicaciones específicas de hidrógeno.

La EFRC ha observado que muchos OEM están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo para aplicaciones de hidrógeno. Hay una tendencia, por ejemplo, a aumentar la presión de salida, especialmente para los compresores no lubricados necesarios para el hidrógeno puro.

Otra tendencia en investigación es la confiabilidad después de arranques y paradas intermitentes. Los fabricantes están tratando de mejorar la confiabilidad de las máquinas que no se utilizan a un ritmo constante. Las estaciones de reabastecimiento de hidrógeno son un excelente ejemplo en el que un compresor funcionaría mientras se reabastece de combustible un vehículo y luego se apagaría cuando esté lleno.

Otro tema de investigación es la posibilidad de técnicas de compresión híbridas para combinar las ventajas relativas de cada tipo de compresor. Por ejemplo, algunas industrias están estudiando la combinación de un compresor de tornillo en una etapa baja combinado con una máquina recíproca en una etapa superior. En otros casos, están investigando el uso de un compresor alternativo en una etapa baja y luego un compresor de diafragma en una etapa superior. Esta combinación de tecnologías a menudo se puede lograr en un solo eje.

Los fabricantes también están investigando cómo interactúan entre sí los diferentes equipos utilizados en los sistemas de hidrógeno. Por ejemplo, quieren saber si un electrolizador puede dañarse por las pulsaciones provocadas por un compresor alternativo. "Estas son preguntas que aún no están claras", dijo Leonard van Lier, de TNO Energy Transition.

El estudio hizo algunas conclusiones al final. El hidrógeno es un elemento crucial del proceso de descarbonización. Se necesitará una compresión eficiente y fiable en toda la cadena de valor del hidrógeno.

En respuesta a este aumento de la demanda, los fabricantes buscan mejorar las capacidades y aumentar las presiones. Además, están investigando formas de mantener el equipo funcionando de manera eficiente a múltiples velocidades y de manera confiable con arranques y paradas intermitentes.