CSIRO desarrolla nueva tecnología de hidrógeno que utiliza un 30 por ciento menos de energía eólica y solar

CSIRO ha creado una nueva empresa que cuenta con tecnología de electrolizador que requiere un 30 por ciento menos de energía eólica y solar, una ganancia significativa en la carrera para hacer que la producción de hidrógeno verde sea lo más eficiente y rentable posible.

Una nueva empresa, llamada Hadean Energy, probará la tecnología de vanguardia en Port Kembla Steelworks de BlueScope para demostrar el equipo a escala piloto en un entorno industrial antes de pasar a instalaciones a escala de megavatios.

Es una de varias nuevas tecnologías de hidrógeno verde donde la eficiencia, particularmente en la cantidad de electricidad utilizada, es clave. Hysata, una filial de la Universidad de Wollongong, inauguró recientemente su primera instalación de fabricación en Port Kembla y está construyendo su primera instalación de 5 MWh.

Los electrolizadores que utilizan calor industrial y electrolitos cerámicos sólidos son difíciles de escalar, se degradan a altas temperaturas y los sellos largos en los bordes de las formas planas, cuadradas o rectangulares crean muchas oportunidades para que se produzcan fugas.

Pero hasta la fecha es una de las únicas opciones para los sitios industriales que desean aprovechar el calor residual, que de otro modo necesitaría una costosa refrigeración, y el vapor residual, para producir hidrógeno o hidrocarburos sintéticos.

Los investigadores de CSIRO han pasado los últimos siete años construyendo una alternativa: en lugar de cuadrados planos, ¿por qué no construir tubos que sólo deban sellarse en cada extremo?

El resultado final, un tubo cerámico con electrodos por dentro y por fuera, es engañosamente sencillo. Pero los investigadores, dirigidos por el Dr. Sarbjit Giddey, líder del hidrógeno de CSIRO, tuvieron que superar una serie de desafíos antes de llegar a su primer sistema de 250 vatios (los cuadrados planos son fáciles de construir, los tubos no).

La prueba de su primera unidad a escala de kilovatios en la acería Port Kembla de Bluescope Steel continuará durante cuatro meses el próximo año. Mientras tanto, está trabajando en ampliar el proceso de fabricación para construir una unidad a escala de megavatios.

En cinco años, la empresa quiere construir y vender unidades de varios megavatios, afirma Dougal Adamson, ejecutivo de RFC Ambrian.

La tecnología de electrólisis tubular de óxido sólido (SOE) utiliza vapor de procesos industriales para dividirlo en oxígeno e hidrógeno, y calor de procesos industriales para reducir los niveles de energía necesarios para romper las moléculas y, por lo tanto, el costo de producir hidrógeno o gases sintéticos mediante la división. Moléculas de dióxido de carbono.

Los electrodos dentro y fuera del tubo proporcionan el poder para dividir las moléculas. El material cerámico permite que los iones de oxígeno escapen mientras retiene el hidrógeno.

Dicen que a 800°C el sistema utiliza un 30 por ciento menos de electricidad, o unos 40 kilovatios hora (kWh) por kilogramo de hidrógeno, que un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM) o un sistema alcalino, que utiliza unos 55 kWh/kg de hidrógeno. hidrógeno.

Con calor de “baja calidad”, es decir, alrededor de 200-300°C, es un 20 por ciento más eficiente, afirma Adamson.

“En términos de investigación fundamental, la propia célula que CSIRO ha desarrollado es realmente buena, por lo que la ciencia fundamental es excelente y líder en la industria. Lo que Hadean está haciendo es el siguiente paso de ingeniería y convertirlo en un producto comercial utilizable para la industria, algo que sea seguro, duradero y escalable”, dice.

El nuevo sistema podría ser útil para ambos niveles de calor.

Esto significa que las empresas con vapor sobrecalentado pueden saltarse el paso adicional de pasarlo por una turbina para luego alimentar un electrolizador PEM, afirma Adamson.

Y debido al calor incorporado en el vapor, el calor de baja calidad que de otro modo no sería útil y debe enfriarse mediante enfriadores sigue siendo eficaz con este sistema.

Giddey dice que la tecnología permite que el calor residual industrial se integre nuevamente en los procesos industriales, lo que también elimina los costos de almacenamiento y transporte y, por lo tanto, el uso de combustibles fósiles en el proceso industrial.

A lo que se enfrenta este sistema son a electrolizadores cerámicos planos y cuadrados, fabricados por empresas como Bloom Energy y Sunfire en Estados Unidos.

Giddey dice que el sistema Hadean es más simple y fácil de apilar para aumentar el tamaño, y el proceso de fabricación diseñado por CSIRO también es más simple que el de las opciones planas que requieren un sellado comparativamente extenso alrededor de los bordes usando vidrio.

Los sistemas planos ofrecen un mejor rendimiento a nivel de celda debido a su estructura, pero intercalar las celdas significa que es difícil manejar las tensiones en toda la pila, lo que significa que las fugas comienzan a medida que los sellos se degradan más rápido, dice Adamson.

Dice que las células Hadeanas también funcionan, pero tienen la ventaja de que sólo necesitan 2 cm de sellador para la misma área activa, en comparación con 120 cm.

Rachel Williamson es periodista científica y empresarial, especializada en cuestiones medioambientales y de salud relacionadas con el cambio climático.