Producir hidrógeno azul a partir de hidrocarburos y secuestrar o utilizar el dióxido de carbono (CO2) capturado es una forma de transición hacia la producción definitiva a gran escala de hidrógeno verde a partir de energías renovables. Se calcula que para 2030 la producción de hidrógeno azul alcanzará los 22 millones de toneladas anuales (Mtpa) en todo el mundo y representará el 46% de la producción de hidrógeno bajo en carbono, según los proyectos previstos.
Existen cuatro opciones principales para capturar CO2 durante la producción de hidrógeno: reformado de metano con vapor (SMR), gasificación del carbón, reformado autotérmico (ATR) y oxidación parcial (POX). En la actualidad, aproximadamente el 84% de todo el hidrógeno producido en el mundo utiliza el proceso SMR, y el resto la gasificación del carbón. Sin embargo, el ATR está ganando popularidad por su elevado potencial de captura de CO2 y su mayor eficiencia energética.
Como resultado, Rystad Eenergy prevé que la mayoría de los nuevos proyectos de producción de hidrógeno basados en la captura y el almacenamiento de carbono (CAC) de esta década utilizarán ATR, lo que supondrá una cuota de mercado del 37% en 2030, frente al cero actual. En cuanto a las regiones y los proyectos en curso, el ATR será más popular en EEUU y Europa, donde se han fijado objetivos de emisiones netas cero respaldados por políticas y ayudas financieras.
Procesos para capturar el CO2 del hidrógeno azul
La SMR consiste en hacer reaccionar gas natural con vapor en presencia de un catalizador a altas temperaturas para producir hidrógeno. Cuando el CO2 emitido en el proceso no se reduce, el hidrógeno resultante se denomina hidrógeno gris. Si el CO2 se captura y almacena/utiliza, el hidrógeno producido se conoce como hidrógeno azul. En una unidad convencional de producción de hidrógeno basada en SMR, hay dos corrientes de CO2. Alrededor de dos tercios del CO2 se encuentra en forma concentrada durante la producción de hidrógeno. El tercio restante se genera en forma diluida en los gases de combustión procedentes de la combustión de gas natural para calefacción.
Por lo general, este segundo flujo no se captura, lo que da como resultado un rango de captura global de alrededor del 60%. Si se capturara el CO2 de los gases de combustión, un proceso que resulta muy caro debido a las bajas concentraciones por las leyes de la termodinámica, se alcanzaría una tasa de captura global de alrededor del 90%.
El proceso ATR combina la producción de hidrógeno y el calentamiento en un único reactor, lo que da lugar a una única corriente concentrada de CO2. En comparación con el SMR, esto reduce el coste de la captura de CO2 y aumenta la tasa de captura potencial hasta el 90% o más. La eficiencia energética global del ATR también es mayor, ya que la energía necesaria en forma de calor procede principalmente de la reacción exotérmica. Además, el ATR tiene tiempos de arranque y respuesta más rápidos para operaciones transitorias. En el ATR, se suministra oxígeno puro para la combustión, lo que da lugar a una corriente de CO2 concentrada y a alta presión, que facilita la integración de la captura de carbono. En lo que respecta al ATR, la necesidad de pretratar el gas de alimentación requiere una inversión significativa y la necesidad de una planta de producción de oxígeno también hace que la tecnología sea costosa en comparación con SMR y POX.
En los mercados de carbono en desarrollo, los precios del carbono podrían compensar los mayores gastos de capital del ATR, dados sus mayores índices de captura. En Estados Unidos, Enbridge Ingleside Energy Center (EIEC), con sede en Texas, tiene previsto poner en marcha un proyecto de CAC con ATR en 2029. Este proyecto tendrá una capacidad nominal de 1,4 Mtpa de hidrógeno azul y pretende capturar el 95% del CO2 generado en el proceso de producción.
“La mayoría de los proyectos de ATR aspiran a un ratio de captura de CO2 del 95%, como es el caso del proyecto H2H Saltend propuesto en el Reino Unido y el proyecto Air Products Hydrogen Energy Complex en Canadá”.
El POX se produce cuando se quema una mezcla subestequiométrica de oxígeno e hidrocarburos en un reformador para obtener un gas de síntesis rico en hidrógeno. El proceso POX no requiere vapor, que se genera mediante la recuperación del calor residual de la reacción. Aunque su uso no está muy extendido en la actualidad, la petrolera Shell tiene previsto instalar tecnología POX basada en gas natural en el próximo proyecto Zero Carbon Humber, en el Reino Unido. Grannus también tiene previsto implantar la tecnología POX en el proyecto Carbon TerraVault 1 de California (EEUU).
La gasificación del carbón tiene actualmente una cuota de mercado del 13% de hidrógeno producido equipado con CAC. Sin embargo, es el proceso más intensivo en emisiones y sólo se utilizará en algunos de los próximos proyectos de hidrógeno azul, como el proyecto estadounidense Wabash CCS, que capturará 1,65 Mtpa de CO2 y producirá 0,3 Mt de hidrógeno a partir de 2027. La instalación de CAC requiere un largo periodo de tiempo antes de que se recupere la inversión y sólo tiene sentido en centrales que prevean seguir produciendo hidrógeno durante décadas, lo que no ocurre con las centrales de carbón.
ATR, que combina lo mejor de SMR y POX, con su mayor eficiencia energética y su mayor eficiencia de producción de hidrógeno en comparación con POX, llevaría a que se espera que la mayor parte de las nuevas plantas de producción de hidrógeno con CAC adopten la tecnología ATR
Este año, el 84% o 3,7 Mt de hidrógeno azul se producirá mediante el proceso SMR, mientras que los 0,5 Mt y 0,2 Mt restantes se producirán por gasificación del carbón y gasificación del coque de petróleo, respectivamente. La gasificación del coque de petróleo no se incluye entre los cuatro métodos principales aquí analizados y sólo cuenta con un proyecto operativo.
Para 2030, se espera que el ATR aumente su cuota de mercado hasta el 37% y represente alrededor de 8,2 Mt de la producción anual de hidrógeno azul. Además, todos los nuevos proyectos basados en ATR serán proyectos greenfield. Algunos proyectos que contemplan ATR con CCS sustituirán a plantas SMR existentes, como Baytown e IGP Blue Methanol, pero la unidad ATR será nueva. La mitad de los proyectos SMR en 2030 serán brownfield. Topsoe, Johnson Matthey y Air Liquide figuran entre los principales proveedores de RTA del mundo. Dada la escala del creciente mercado de ATR, esperamos que se establezcan asociaciones para desarrollar y escalar la tecnología ATR, por ejemplo, Technip Energies y Casale se han unido para co-licenciar la tecnología ATR. Thyssenkrupp y KBR, actores dominantes en el mercado de los SMR, también suministran tecnología ATR.
Con normativas más estrictas y la ambición de llegar a cero en 2050, Europa y Norteamérica representan juntas el 53% del mercado de los SMR basados en la CAC. Para 2030, ambas regiones representarán el 100% del mercado de ATR, basándose en la producción operativa prevista e impulsadas por las grandes ambiciones de descarbonización, las políticas y la financiación. El resto de proyectos basados en SMR estarán en Asia (31%) y Oriente Medio y África (17%). Por ahora, sólo hay cuatro proyectos (dos operativos y dos previstos) basados en la gasificación del carbón y tres proyectos previstos basados en POX.
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