Metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea, hidrogenoa lortzeko

Ane Gondra, Maialen Araneta, Jose Miguel Campillo-Robles

Hurrengo urteetan aldaketa garrantzitsuak gertatuko dira energiarekin loturiko sektorean, eta gizartean oro har. Izan ere, Europa Batasunak 2050erako karbono neutraltasuna lortu nahi du. Are gehiago, Parisko akordioaren helburuak ere indarrean ezarri nahi ditu. Hori dela eta, Europa Batasunak Hidrogenoaren Europako Estrategia diseinatu du, eta hemendik aurrera, hidrogenoa funtsezko elementu gisa hartuko du. Beraz, hidrogenoa gero eta garrantzia handiagoa duen energia-iturria izango da.

Hurrengo hamarkadetan, hidrogeno-eskaera urtero % 5-10 inguruko hazkuntza izatea espero da. Hidrogenoa ekoizteko metodoei helduz, erreformatze katalitikoa da gaur egun erabiliena. Izan ere, munduan ekoitzitako hidrogenoaren % 90-95 inguru metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzetik lortzen da.

Ur-lurrun bidezko erreformatzea

Metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea ondo finkatutako teknologia da. Prozesu industriala urrats hauetan banatuta egon ohi da: gas naturalaren garbiketa, beroketa-prozesua, labe erreformatzailea, ur-lurrunaren bihurketa eta hidrogenoaren bereizketa.

Gas naturalaren garbiketa edota desulfurizazioa, gas naturalari sufredun konposatu organikoak eta kloroa kentzean datza. Bestalde, beroketa-prozesuan lehengaiak berotzen dira, eta, horretarako, labe erreformatzailea baliatzen da.

Prozesuko elementurik garrantzitsuena labe erreformatzailea da, zeina bi eskualdetan banatuta dagoen: erreaktorea eta errekuntza-ganbara. Bi eskualdeak nikel-burdin-kromo aleaziozko hodien bitartez banatuta daude. Erreaktorean, hodien barruan, ur-lurrun bidezko erreformatze katalitikoa gertatzen da, tenperatura eta presio altuak erabiliz. Errekuntza-ganbaran erreakzio katalitikorako beharrezkoa den energia lortzen da errekuntza-prozesu baten bidez.

Labe erreformatzailean lortzen den sintesi-gasean hidrogenoaren bihurketa-proportzioa handitu daiteke ur-lurrunaren bihurketa prozesuaren bidez. Horretarako, karbono monoxidoa eta ura erabiltzen dira hidrogenoa eta karbono dioxidoa erdiesteko. Halaber, purutasun handiko hidrogenoa lortzeko, hidrogenoaren bereizketa egiten da. Bertan, hidrogenoa purifikatzeaz aparte, erreakzionatu gabeko gasak birziklatzeko aukera dago. Normalean, erreformatze-prozesuaren amaieran, metanoaren bihurketa % 74-85 artean egon ohi da.

Hodi erreformatzaileen barruan katalizatzaileak daude. Izan ere, katalizatzaile horiek dira C-C eta C-H loturak apurtzen dituztenak. Industrian nikelarekin dopatutako katalizatzaileak erabili ohi dira, merkeak eta oso selektiboak baitira. Katalizatzaile horiek aluminaz edo magnesio aluminaz egindako pelleten gainazalean kokatzen dira.

Metanoaren erreformatze katalitikoaren arazoetariko bat kokearen sorrera da, zeina katalizatzailearen gainean ezartzen den. Horrek, katalizatzailearen desaktibazioa dakar, erreakzio katalitikoaren eraginkortasuna txikituz. Halaber, hodi erreformatzaileen barneko azalean ere kokea sor daiteke, labearen errendimendua gutxituz. Izan ere, bero-transferentziaren aurrean dagoen erresistentzia areagotzen da. Hori ekiditeko, labe erreformatzaileak lan-baldintza mugatuetan lan egin behar du.

Erreformatze-prozesuan gertatzen diren erreakzio gehienak endotermikoak dira, eta beharrezkoa den energia hori errekuntza-ganbararen bidez lortzen da. Gehien erabiltzen den erregaia gas-naturala da, eta energia handia ekoizten da errekuntzaren bidez. Industrian, labe-konfigurazio hauek erabili ohi dira: horma erradiatzaileduna, goitik berotutakoa, behetik berotutakoa eta terraza-hormakoa. Aipatutako konfigurazio bakoitzak tenperatura eta bero-fluxuaren berezko profila du labearen barruan.

Findegietako labeak energia-kontsumitzaile handienetarikoak dira industria-kimikoan. Ondorioz, nahitaezkoa da bero-trukaketaren prozesua era eraginkorrean gertatzea. Era horretan, energia-kontsumoa eta negutegi-efektuko gasen igorpena murrizten baitira. Beraz, labeen diseinua eta funtzionamendua optimizatzea funtsezkoa da. Halaber, berotegi-efektuko gasen igorpena murrizteko, gas horiek hidrogenoaren bereizketan harrapa daitezke. Hala ere, teknologia hori ez dago industrian oso zabalduta eta eguratsera bota ohi dira.

Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 41
• Artikuluaren izena: Gaur egungo hidrogeno-ekoizpena: metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea
• Laburpena: Gure gizartean, gero eta garrantzi handiagoa duen energia-iturria da hidrogenoa. Ekoizpen-teknika guztien artean, metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea da erabiliena. Prozesua honako urrats hauetan oinarritzen da: gas naturalaren garbiketa, beroketa-prozesua, labe erreformatzailea, ur-lurrunaren bihurketa eta hidrogenoaren bereizketa; horien artean, labe erreformatzailea da elementurik garrantzitsuena. Dena den, teknika honek hainbat erronka ditu, isuritako CO2-ari, katalizatzaileen diseinuari eta energia-kontsumoari lotutakoak. Dokumentu honetan, metanoaren lurrun-bidezko erreformatze-prozesuaren deskribapen orokorra aurkezten da, errekuntza-ganberaren, katalizatzaileen, eraginkortasun termikoaren eta labe erreformatzailearen modelizazioaren nondik norakoak azalduz.
• Egileak: Ane Gondra, Maialen Araneta, Jose Miguel Campillo-Robles
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 253-273
• DOI: 10.1387/ekaia.22379

Egileez:

Ane Gondra eta Jose Miguel Campillo Robles UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko ikertzaileak dira. Maialen Araneta Industria Diseinuko ikertzailea da.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.