Híbridos y Eléctricos

Un sistema permite generar hidrógeno de uso vehicular a partir de alcohol vegetal

Reconvertir la economía mundial al hidrógeno sólo tiene sentido si éste sale de un proceso “limpio”, sin carbono fósil. Para ello, hay dos fuentes importantes: la electrólisis o ruptura de la molécula de agua mediante electricidad, o alguna fuente de carbono “verde”, es decir vegetal. Y es ahí donde entra a tallar el alcohol común, o etanol, obtenido de la fermentación de granos o de residuos de cosecha.

Los Drs. Miguel Laborde y Norma Amadeo, a cargo del Laboratorio de Procesos Catalíticos (LPC), junto con la colaboración del grupo del Dr. Pío Aguirre del INGAR, llevaron adelante el desarrollo de un proceso de producción y purificación de hidrógeno “grado celda” a partir de una mezcla de etanol y agua, empleando catalizadores comerciales. El sistema que diseñaron y que fue vendido a España por 300.000 euros, consiste en una unidad química portátil constituida por tres reactores catalíticos que a través de una serie de transformaciones, logra obtener hidrógeno preparado para alimentar las pilas (o celdas) eléctricas de combustible para mover un automóvil. Este nuevo dispositivo produce un hidrógeno que contiene entre 20 y 30 partes por millón de dióxido de carbono, la "medida justa" que necesitan las pilas de combustible de los vehículos.

Reconvertir la economía mundial al hidrógeno sólo tiene sentido si éste sale de un proceso “limpio”, sin carbono fósil. Para ello, hay dos fuentes importantes: la electrólisis o ruptura de la molécula de agua mediante electricidad, o alguna fuente de carbono “verde”, es decir vegetal. Y es ahí donde entra a tallar el alcohol común, o etanol, obtenido de la fermentación de granos o de residuos de cosecha. Si bien la generación del llamado "hidrógeno verde", a partir del alcohol, produce emisiones de carbono, lo hace sin añadir carbono fósil a la atmósfera: usa el que ya estaba circulando por la biosfera, bajo forma de plantas.

Asimismo, el desarrollo del LPC podrá ser utilizado en el futuro para sustituir la industria petroquímica por otra, "la alcoquímica". De esta manera se podrá generar una gran variedad de productos (plásticos, fertilizantes, etc.) que hoy en día se producen a partir del petróleo y sus derivados.

La Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (Agencia), a través del FONCyT, financió el desarrollo de este importante proyecto con un monto de mas de $170.000. El financiamiento se realizó mediante la convocatoria Proyectos de Investigación Científica y Tecnológica (PICT) a la cual el LPC se presentó durante el año 2000.

Gracias a este subsidio el LPC pudo avanzar en el desarrollo de nuevos catalizadores para el proceso (que reemplazan a los comerciales empleados previamente), en los estudios cinéticos y de diseño de reactores. Por su parte, el grupo de INGAR avanzó en el diseño conceptual del proceso.

En el año 2004 la Agencia renovó el apoyo a esta línea de investigación al aprobar el otorgamiento de más de $250.000 para financiar el proyecto “Nuevas Tecnologías para un Desarrollo Sustentable de la Energía: Producción y Purificación de H2 a partir de Bioetanol para su aplicación en pilas de Combustible”.

A principios de 2006 Dr. Miguel Laborde recibió un subsidio especial del Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología destinado al desarrollo de la primera etapa del Proyecto "Diseño y Puesta en marcha de un reactor piloto para producir hidrógeno no purificado con nuevos catalizadores". Dicho subsidio le permitirá al LPC seguir avanzando en la producción de hidrógeno verde y verificar, a una escala mayor, el comportamiento de los catalizadores fabricados en el laboratorio.

Recientemente la Agencia ha finalizado la etapa de evaluación y ha aprobado satisfactoriamente el otorgamiento de una nueva línea de financiamiento, PID 2005, para que el LPC y el INGAR puedan continuar con la segunda etapa del proyecto y completar la planta piloto diseñada para alimentar una pila PEM de 1 kW, conjuntamente con la fase de purificación. Este nuevo financiamiento permitirá obtener resultados para elaborar la ingeniería básica del proceso de fabricación para una planta de 10 kW, la cual podrá ser transferida a la empresa adoptante ENARSA.

Cómo funciona el proceso

El sistema diseñado consta de tres etapas. Durante la primera etapa, se transforma una mezcla de alcohol etílico y agua en gas de síntesis y pequeñas proporciones de metano. Dicho gas está compuesto por una mezcla de hidrógeno con óxidos de carbono, en particular monóxido de carbono, constituyendo así la base de la industria química orgánica. De esta manera se podrá generar una gran variedad de productos (plásticos, fertilizantes, etc.) que hoy en día se producen a partir del petróleo y sus derivados. Esta primera etapa se constituye como pionera para reemplazar la petroquímica por la alcoquímica.

Los dos reactores catalíticos restantes integran el tren de purificación de hidrógeno con el objetivo de reducir el contenido de monóxido de carbono a las exigencias de la pila de combustible para fuentes móviles (menos de 20 ppm de monóxido de carbono).

El reactor conocido como “de conversión de monóxido de carbono”, transforma este gas en dióxido de carbono e hidrógeno adicional. El efluente de este reactor, con alto contenido de hidrógeno, puede alimentar a pilas de combustible para fuentes estacionarias, que no son tan exigentes en cuanto a los niveles de monóxido de carbono.

Con el último reactor “de oxidación preferencial” concluye la tercera etapa del proceso. Este reactor recibe el efluente del convertidor de monóxido de carbono, lo mezcla con aire u oxígeno y es el encargado de reducir el monóxido de carbono a menos de 20 ppm. La corriente que ingresa al mismo es muy concentrada en hidrógeno y es sabido que este gas reacciona fácilmente con el oxígeno para producir agua. Por consiguiente, el catalizador debe ser altamente selectivo hacia la oxidación de monóxido de carbono.

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