La tecnología de producción de hidrógeno in situ acelera el tiempo de comercialización

La nueva tecnología, que produce hidrógeno a partir de gas natural convencional o gas natural renovable a partir de biomasa, podría ser el próximo gran paso en el desarrollo de la autopista de hidrógeno de California, los vehículos y camiones con celdas de combustible y otros productos valiosos.

Los diminutos canales, aproximadamente del ancho de una tarjeta de crédito, que transportan calor son la base de la tecnología desarrollada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU. Estos microcanales son fundamentales para canalizar de manera eficiente la energía en reacciones químicas inducidas. hidrógeno para transporte, generación de electricidad y otros fines industriales.

Desarrollado por PNNL generador de hidrogeno obtuvo la licencia de STARS Technology Corporation, una startup de tecnología limpia con sede en Richland, Washington. El generador de hidrógeno incluye dos innovaciones recientes que pueden reducir el costo del hidrógeno. El primero es un nuevo proceso de fabricación aditiva con licencia para STARS TC y SoCalGas, una empresa de distribución de gas con sede en Los Ángeles que atiende a 22 millones de personas en el centro y sur de California. El segundo es un novedoso diseño de reactor en espiral que distribuye el calor con mayor precisión y mejora la eficiencia del reactor. Con licencia exclusiva de SoCalGas, este diseño minimiza la energía necesaria para producir hidrógeno al tiempo que aumenta la durabilidad y seguridad del reactor.

“Una de las aplicaciones a corto plazo de esta tecnología de microcanales sería producir hidrógeno para pilas de combustible vehículos eléctricosdijo Yuri Freedman, director senior de investigación y desarrollo de SoCalGas. “Porque esta tecnología ocupa poco espacio y aumenta enormemente la eficiencia del proceso que reforma gas natural El hidrógeno hace que el hidrógeno sea mucho más limpio y más fácil de suministrar; el hidrógeno se puede producir en cualquier lugar donde haya un gasoducto de gas natural cercano. Para nosotros en SoCalGas, este es un paso importante hacia el logro de nuestro objetivo. cero emisiones netas de gases de efecto invernadero en nuestras operaciones de energía y suministro para 2045. Esta tecnología tiene el potencial de cambiar drásticamente la producción y el uso de hidrógeno en California, acelerando los esfuerzos de SoCalGas para cumplir con los objetivos climáticos de California y con nuestros clientes ”.

Alimentando la infraestructura de hidrógeno

Dado que la tecnología STARS puede producir hidrógeno dondequiera que haya gas natural disponible, los diseñadores dicen que puede reducir significativamente la necesidad de transportar hidrógeno en remolques especiales de tubos de alta presión. La eliminación del transporte por carretera mejora la seguridad pública, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y ayuda a mantener el costo de producción de hidrógeno en el punto de uso competitivo con los combustibles convencionales.

“Piense en estos generadores pequeños, eficientes y de producción masiva como” transformadores químicos “similares a los transformadores eléctricos en la red eléctrica, dijo Bob Wegeng, presidente e inventor de tecnología de STARS TC. “Se pueden colocar en cualquier lugar del sistema de distribución de gas natural, convirtiéndolo en una ‘red de hidrógeno’, suministrando hidrógeno económico a las estaciones de servicio en cantidades correspondientes a la demanda local”.

Producción de hidrógeno a partir de metano

El elemento más abundante del universo, el hidrógeno, suele formar parte de otros compuestos como el agua y el metano. El gas natural se compone principalmente de metano, uno de los portadores de hidrógeno más eficientes de la naturaleza. De vez en cuando, pueden producirse emisiones de los procesos convencionales de producción de hidrógeno que utilizan gas natural. dióxido de carbono y consumen mucha energía, la mayoría de ellos provienen de fuentes que emiten dióxido de carbono. Pero con un nuevo generador de hidrógeno para calentar el gas natural y el agua para romper los enlaces químicos, se puede utilizar una gama de enfoques de calefacción más eficientes, incluido el calentamiento solar concentrado y el calentamiento por inducción solar-eléctrico, que emiten un 30% menos de dióxido de carbono que otros procesos comunes de metano. .hidrógeno.

Los procesos de producción de hidrógeno autorizados son muy eficientes y reducen la energía térmica necesaria para producir productos químicos finos. El metano y el vapor pasan a través de microcanales espirales compactos, de no más de unos pocos milímetros de espesor, que exponen rápida y uniformemente la mezcla de gas al calor propulsor. reacciones químicas y libera hidrógeno del gas natural y el agua.

Dado que el hidrógeno se puede producir de manera económica y limpia, está bien posicionado para respaldar el Proyecto de Ley 8 de la Asamblea de California, que asigna hasta $ 20 millones anuales para continuar construyendo al menos 100 estaciones de combustible de hidrógeno en el estado.

Esta primavera, SoCalGas recibirá un generador de hidrógeno de STARS TC, que contendrá seis pequeños reactores modulares, cada uno de aproximadamente 10 pulgadas de diámetro. STARS TC está formado principalmente por ex empleados de PNNL, uno de los cuales fue el inventor original de la tecnología de microcanales en PNNL.

Impresión 3D para reducir el costo de producción de hidrógeno

Recientemente, PNNL, STARS TC y SoCalGas han colaborado en mejoras al sistema de generación de hidrógeno, incluido el diseño de un microcanal en espiral. El equipo también desarrolló un proceso novedoso que utiliza métodos de impresión 3D para construir reactores químicos que producen hidrógeno.

“Este proceso de fabricación aditiva reduce los costos de producción al reducir las piezas, formar formas geométricas que serían casi imposibles de crear en la fundición o el mecanizado y eliminar los pasos de producción que requieren mucho tiempo”, dijo Sara Hunt, gerente de comercialización de tecnología de PNNL. “La tecnología patentada incluye un enfoque único para diseñar estructuras en el dispositivo para aumentar la transferencia de calor. También permite recubrir o impregnar el material con catalizadores que aceleran la tasa de conversión química en energía ”.

Por separado, PNNL, SoCalGas y otros también están colaborando en nuevos reactores químicos nuevos que co-crean hidrógeno y materiales de carbono sólido como productos de fibra de carbono y nanotubos de carbono, que puede compensar aún más el costo de producir hidrógeno sin los gases de efecto invernadero. Combinado con uso adicional gas natural renovable significa que estos sistemas de reactores pueden ayudar a SoCalGas a avanzar hacia emisiones netas cero para 2045.

El desarrollo de un generador de hidrógeno en tecnología de microcanales contó con el apoyo del Instituto RAPID y las oficinas del Departamento de Eficiencia Energética y Energía Renovable de EE. UU., Incluidas tecnologías de hidrógeno y pilas de combustible, tecnologías de energía solar y la Oficina de fabricación avanzada.

SoCalGas, con sede en Los Ángeles, es la empresa de distribución de gas más grande de Estados Unidos. SoCalGas brinda servicios de gas asequibles, confiables, limpios y cada vez más renovables a 21.8 millones de consumidores en 24,000 millas cuadradas del centro y sur de California. El gasoducto de la compañía seguirá desempeñando un papel clave en la transición de energía limpia de California, asegurando la confiabilidad de la red y apoyando el despliegue de energía eólica y solar.