El cambio entre fuentes de combustible proporciona un suministro constante de energía verde
Un sistema que cambie de fuente de combustible puede garantizar un suministro estable de electricidad a base de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, por ejemplo para las estaciones de repostaje de los transportes. «Utilizamos tecnologías [de pila] de óxido sólido para desarrollar el sistema de producción de hidrógeno por multicombustible. Esto significa que el mismo sistema puede alimentarse de energía eléctrica, energía renovable y procesos de electrólisis del agua, cambiando de uno a otro según sea necesario», explica el coordinador del proyecto, Matteo Testi. Dirige la unidad de Tecnologías del Hidrógeno y Sistemas Energéticos Resilientes (HyRES, por sus siglas en inglés) en la Fundación Bruno Kessler (Italia). El calor de alta calidad de la pila de combustible se utiliza para generar hidrógeno de forma eficiente. «El prototipo puede dividir el agua para producir oxígeno e hidrógeno con gran pureza. Sin embargo, si no tenemos energía renovable, puede pasar a la electrólisis para convertir el biometano y producir hidrógeno como energía eléctrica», añade. El sistema SWITCH se basa en un proyecto anterior financiado con fondos europeos. El equipo de este proyecto CH2P ha desarrollado un prototipo para producir hidrógeno a partir de biometano mediante una pila de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés). Testi y su equipo querían ampliar la funcionalidad para incluir la electrólisis y utilizar distintos tipos de entrada de energía. «Esto es muy fácil de decir, pero producir hidrógeno por estos dos métodos de entrada significa dos procesos totalmente diferentes. Desde el punto de vista de la ingeniería, requiere componentes y un diseño del sistema diferentes para reducir el desperdicio energético de la conmutación», afirma. El reto durante la fase de diseño fue encontrar un número mínimo de componentes que pudieran funcionar con ambos procesos.
Detectar la entrada de energía y ajustar los procesos
Un sistema de control único desarrollado por los socios del proyecto detecta el tipo de energía de entrada y ajusta los procesos a la perfección. Esto incluye el uso de la electrólisis para producir hidrógeno a partir de electricidad renovable o craqueo a vapor para obtener biometano. «Hay normas, códigos de conducta y reglamentos que respetar, por lo que llevó mucho tiempo producir un control robusto y normalizado para el bloque de pilas múltiples, integrando al mismo tiempo funciones de seguridad —añade—. Para un sistema de producción de hidrógeno de alta potencia era fundamental garantizar que los sistemas de seguridad y control estuvieran bien desarrollados y validados». El sistema de control pasó por varios prototipos, integrando sistemas y protocolos de seguridad para gestionar las condiciones de funcionamiento y los riesgos asociados a cada proceso.
Pruebas de seguridad y robustez
La optimización de la eficiencia y el rendimiento, especialmente en el cambio entre modos de entrada de energía, requirió numerosas pruebas y perfeccionamientos para llegar a un prototipo que pudiera demostrarse en un entorno operativo. «Nos enfrentamos a varios problemas porque la metodología consistía en validar cada componente por separado: la célula, el cambiador de datos, el vaporizador y el reactor. Los integramos basándonos en un diseño de simulación que ahorra tiempo y dinero. Se montó en dos contenedores en el centro de demostración que HyGear tiene en los Países Bajos», señala, refiriéndose al socio del consorcio tecnológico en materia de hidrógeno. A pesar de las perturbaciones causadas por la pandemia de COVID-19 durante el período de demostración, el prototipo se probó durante mil horas en el modo de electrolizador de óxido sólido (electrólisis), para comprobar si había degradación en el bloque de pilas. «No vimos ningún rastro de degradación. Esto es importante porque el sistema es complejo y las impurezas pueden entrar por distintos puntos», indica Testi.
Un sistema modular adaptado a las aplicaciones energéticas
El prototipo se diseñó como un sistema modular. La producción de hidrógeno puede ampliarse o reducirse añadiendo o retirando componentes modulares, como las pilas de combustible y los subsistemas asociados. «Permite adaptar el sistema a las necesidades específicas y a las fuentes de energía disponibles en un lugar o aplicación determinados», concluye Testi.
Palabras clave
SWITCH, energía, energías renovables, hidrógeno, metano, biometano, pila de combustible de óxido sólido, SOFC, CH2P, electrólisis, HyGear
