PROYECTO

Mujer investigadora en el laboratorio

OBJETIVOS

El proyecto EKARRIH2 tiene como principal objetivo desarrollar portadores líquidos avanzados de hidrógeno (liquid hydrogen carriers) y tecnologías asociadas de hidrogenación y deshidrogenación de dichos portadores que permitan transportar grandes cantidades de hidrógeno a largas distancias a un coste competitivo y de manera medioambientalmente sostenible.

A su finalización, el proyecto EKARRIH2:

\

DESARROLLARÁ a escala laboratorio al menos 2 prototipos de reactores de hidrogenación/deshidrogenación de portadores basado en alguna de estas tecnologías: reactor catalítico (lecho fijo, milicanales o microondas), reactor electroquímico.

\

MEJORARÁ el posicionamiento científico-tecnológico y comercial, de la RVCTI y de las empresas vascas, en el sector del hidrógeno, y en particular, en las tecnologías de transporte de hidrógeno verde. Las líneas de investigación planteadas en el proyecto están identificadas como estratégicas en la Estrategia Vasca de Hidrógeno y la Estrategia de Energibasque de Hidrógeno.

ALCANCE TECNOLÓGICO

En los casos donde el punto de consumo de hidrógeno no esté en el lugar de producción de hidrógeno, es necesario disponer de una infraestructura de distribución y transporte de hidrógeno. Existen diferentes opciones para transportar hidrógeno como gas comprimido (redes de gas, camiones, etc.), hidrógeno licuado (p. ej. barcos) y portadores líquidos de hidrógeno. Dependiendo de la distancia y la cantidad de hidrógeno a transportar se prevé que un modo u otro de transporte sea el más adecuado.

Costes de transporte de H2 según distancia y volumen, $/kg. 2019

infografia alcance tecnológico

H2 comprimido

H2 líquido

Amoníaco

Portadores de hidrógeno orgánico líquido

Fuente: BloombergNEF. 

En el caso de ser necesario el transporte masivo de hidrógeno y a largas distancias, los portadores líquidos de hidrógeno (tales como amoniaco, líquidos orgánicos portadores de hidrógeno o LOHC) son una alternativa muy prometedora, ya que en condiciones ambientales se encuentran en estado líquido y presentan propiedades similares a las de los combustibles fósiles (por ejemplo, el gasóleo y la gasolina). De esta manera, la manipulación y el almacenamiento de dichos portadores se puede realizar mediante procesos bien conocidos y es posible emplear la infraestructura existente basada en el petróleo y gas para transporte masivo de portadores.

nitrogeno-3d

Líquidos portadores de h2

Líquidos orgánicos como portadores de H2 (Liquid Organic Hydrogen carriers, LOHC)

El LOHC es un candidato prometedor para la absorción de hidrógeno (Hidrogenación) donde la energía renovable es abundante y la liberación de hidrógeno (Deshidrogenación) para generar energía eléctrica allá donde la energía es escasa.

Para desarrollar estos potenciales sistemas de LOHC, hay que tener en cuenta varios criterios:

  1. Características físicas: su punto de fusión, punto de ebullición, estabilidad térmica, viscosidad y baja presión de vapor para su fácil transporte
  2. Reversibilidad entre reacciones de hidrogenación y deshidrogenación
  3. Capacidad de almacenamiento de H2
  4. Características medioambientales: es necesario desarrollar sistemas LOHC que sólo produzcan subproductos benignos, como el agua, durante la hidrogenación y la deshidrogenación.

En el proyecto EKARRIH2 se pretende estudiar sistemas LOHCs que cumplan con las especificaciones definidas en cuanto a alta capacidad de almacenamiento de H2, baja toxicidad, ciclabilidad, etc.

Líquidos iónicos como portadores de H2 (LI)

Los líquidos iónicos son sales que funden a cierta temperatura antes de su descomposición formadas generalmente por un catión orgánico y un anión inorgánico u orgánico y con propiedades muy interesantes.

  • Nula o baja presión de vapor
  • No inflamabilidad
  • Alta resistencia química y térmica
  • Alta solubilidad de un amplio espectro de compuestos (incluso gases)
  • Fácilmente funcionalizables.

Sin embargo, el uso de LIs en el campo del almacenamiento de hidrógeno es prácticamente inédito y por consiguiente se presenta como una buena oportunidad para extender el campo de aplicación de los LIs.

En este contexto, los Lis puede proporcionar una serie de ventajas con respecto a los LOHC:

  1. Una nula o baja presión de vapor y no inflamabilidad podrían solventar los problemas de evaporación asociados al proceso de deshidrogenación/hidrogenación al mismo tiempo que se incrementa la seguridad del proceso
  2. Con la configuración adecuada (catión/anión) los LIs pueden presentar estabilidades térmicas superiores a los 400 °C y compatibilidad frente al H2
  3. La versatilidad que proporcionan los LIs así como su generalmente sencillo y amplio rango de funcionalización permite conferirles propiedades fisicoquímicas a la carta.

No obstante, los Lis presentan algunas desventajas que deben ser atendidas como:
 

  1. La disminución significativa en la capacidad gravimétrica de hidrógeno debido al normalmente alto peso molecular vs los LOHCs tradicionales.
  2. El alto coste de los LIs comparados con los sistemas LOHC de última generación disponibles en el mercado.

Necesidades e innovaciones propuestas para portadores de hidrógeno en el Proyecto EKARRIH2

NECESIDAD

Desarrollo de LOCHs seguros y eficientes

INNOVACIÓN PROPUESTA EN EL PROYECTO EKARRIH2

Desarrollo de Lis con suficiente estabilidad térmica y química frente a las reacciones de hidrogenación y deshidrogenación como alternativa a los LOHCs tradicionales.

NECESIDAD

Fluídos con alta densidad de almacenamiento

INNOVACIÓN PROPUESTA EN EL PROYECTO EKARRIH2

Estructuras híbridas obtenidas por el acoplamiento alcohol/silano con potencial de almacenamiento de 6%wt.

NECESIDAD

Sistemas de bajo impacto ambiental

INNOVACIÓN PROPUESTA EN EL PROYECTO EKARRIH2

Estructuras de partida de origen renovable o bien de productos industriales.

nitrogeno-3d

REACTORES PARA HIDROGENACIÓN Y DESHIDROGENACIÓN

REACTORES CATALÍTICOS

Dependiendo de la tecnología el proceso catalítico puede tener lugar de dos maneras posibles:

  • Catálisis homogénea en una única fase, usualmente líquida: cuando el catalizador y reactivos se encuentran en la misma fase.
  • Catálisis heterogénea: para reacciones en las que intervienen varias fases, siendo por lo general el catalizador un sólido y los reactivos y productos gases o líquidos. Este tipo de catalizadores son más eficaces para estas aplicaciones, ya que tienen una mayor estabilidad térmica y una fácil recuperación del catalizador.

En el caso de los portadores líquidos orgánicos reversibles y que experimentan reacciones catalíticas heterogéneas, habitualmente se encuentran en fase líquida debido a su bajo punto de fusión y alto punto de ebullición. Estas propiedades ayudan a que este tipo de portadores sean los más adecuados para el transporte y almacenamiento, además de poder utilizar las infraestructuras actuales.

REACTORES MICROONDAS

Actualmente unos pocos laboratorios en el mundo están demostrando la idoneidad de las antorchas atmosféricas de plasma de microondas para su uso en la extracción de hidrógeno de compuestos hidrogenados, empleando fuentes de laboratorio de hasta 10 kW de potencia. Sin embargo, los antecedentes en el uso de antorchas de plasma para la obtención de hidrógeno comprenden usos industriales que se han extendido durante décadas.

REACTORES ELECTROQUÍMICOS

Hasta la fecha, las rutas electroquímicas de hidrogenación (ECH) y deshidrogenación (ECDH) de compuestos orgánicos han sido poco estudiadas y llevadas a la práctica, a pesar de la selectividad, seguridad y respeto al medioambiente, entre otras ventajas, que comporta el uso de procesos electroquímicos. Este escenario está cambiando debido a la integración progresiva de las energías renovables, lo que permite reducir el coste de la electricidad. En este sentido, la electroquímica tiene el potencial de “ecologizar” procesos químicos, mediante el uso de energías renovables, tales como la solar o eólica. La base para implementar las rutas electroquímicas de conversión la constituye el reactor electroquímico.

En un reactor electroquímico los componentes clave son los electrodos, en los que tiene lugar los procesos de hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos. Actualmente, la mayor parte de las actividades científico-técnicas en el área de los procesos electroquímicos para la hidrogenación o deshidrogenación de compuestos orgánicos están orientadas a la síntesis de productos de alto valor añadido o valorización de residuos.

Resultados esperados

\
Desarrollo de líquidos iónicos como portadores líquidos avanzados de hidrógeno.
\
Desarrollo de diferentes tecnologías de hidrogenación y deshidrogenación.
\
Desarrollo de componentes clave para dichas tecnologías: catalizadores, electrodos o membranas.
\
Investigación en la comparativa de portadores líquidos de hidrógeno con otros medios para transporte.

Principales indicadores

3
solicitudes de patentes
12
publicaciones científicas indexadas
1
tesis dirigida
11
publicaciones en congresos

Actividades

Infografía

En el CONSORCIO de este proyecto convergemos diversos agentes

El proyecto está coordinado por TECNALIA y contará además con la participación de otros seis socios agentes de la Red Vasca de Ciencia Tecnología e Innovación, concretamente: CIC ENERGIGUNE, CIDETEC, PETRONOR INNOVACIÓN, TEKNIKER, UPV/EHU y CLUSTER DE ENERGÍA.

Logo Tecnalia
CIC Energi-gune logo
cidetec-logo
Petronor logo
Tekniker logo
Logo euskal herriko unibertsitatea
Log cluster energía