Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología Química (ITQ), que es un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha dado un paso significativo en el desarrollo de un nuevo modelo para la producción de hidrógeno a partir de amoniaco. Este avance, realizado en colaboración con investigadores de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), busca optimizar la seguridad, eficiencia y escalabilidad en este proceso.
El innovador sistema propuesto integra los cuatro pasos necesarios para obtener hidrógeno desde el amoniaco dentro de un único reactor. Esta integración permite alcanzar eficiencias energéticas sin precedentes y produce hidrógeno de alta pureza, adecuado para su almacenamiento o transporte. Los hallazgos han sido publicados en la revista International Journal of Hydrogen Energy.
Nuevas perspectivas en la producción de hidrógeno
El amoniaco se posiciona como uno de los portadores más prometedores de hidrógeno debido a su alta densidad, conteniendo un 17,6% de hidrógeno en peso, así como por su infraestructura ya establecida para producción y distribución. Sin embargo, los métodos tradicionales para extraer hidrógeno del amoniaco son complejos y requieren varios procesos que implican altas temperaturas y catalizadores, lo que resulta en considerables pérdidas energéticas.
Este trabajo forma parte del proyecto SINGLE, liderado por el ITQ, que se centra en el modelado y control de Reactores Electroquímicos de Cerámica de Protones (PCER). Este sistema permite que los protones se desplacen a través de una membrana cerámica mientras se llevan a cabo reacciones químicas controladas, como la descomposición del amoniaco para generar hidrógeno y nitrógeno. Posteriormente, otro sistema electroquímico se encarga de separar y presurizar el hidrógeno obtenido.
Innovación tecnológica en la producción
David Catalán, investigador postdoctoral en el ITQ y uno de los autores principales del estudio, destaca que “el nuevo concepto PCER es una metodología innovadora que integra la deshidrogenación del amoníaco, la separación del hidrógeno y la compresión electroquímica en un único paso”. Este enfoque elimina la necesidad de fuentes externas de calor y compresores mecánicos, mejorando así significativamente la eficiencia energética general.
El componente clave del PCER es una celda electroquímica diseñada no solo para actuar como un catalizador duradero en el proceso de deshidrogenación del amoníaco, sino también como una membrana para separar y comprimir el hidrógeno. Al combinar todos los pasos del proceso dentro de un solo reactor, esta tecnología logra niveles inéditos de eficiencia energética al proporcionar directamente hidrógeno presurizado y puro.
Control avanzado para maximizar rendimiento
El funcionamiento eficaz del PCER implica interacciones complejas entre fenómenos eléctricos, químicos y térmicos. Para abordar estos desafíos, el equipo ha desarrollado un modelo computacional avanzado capaz de describir dinámicamente el comportamiento de una celda electroquímica. Esto permite implementar algoritmos avanzados de control en tiempo real, asegurando un funcionamiento estable y evitando pérdidas en el rendimiento.
Además, se ha introducido un algoritmo denominado soft sensor, diseñado para estimar variables internas cruciales como la presión parcial del hidrógeno y la resistencia de la membrana. Estas métricas son esenciales para optimizar el rendimiento y prevenir la degradación del catalizador. Andreu Cecilia, investigador en UPC y coautor del estudio, explica que “la fusión entre modelos y datos transforma señales electroquímicas imprecisas en información confiable”, lo cual facilita un control efectivo sobre el reactor.
Validación mediante simulaciones precisas
El modelo propuesto ha sido validado a través de simulaciones multifísicas altamente precisas que demuestran una sólida concordancia con métricas clave como la eficiencia en la extracción de hidrógeno, conversión del amoniaco y dinámica térmica. Esta capacidad para simular el comportamiento del reactor en tiempo real representa una característica fundamental para su futura implementación industrial.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué es el nuevo modelo de producción de hidrógeno desarrollado por el ITQ y la UPC?
El nuevo modelo es un sistema de control de producción de hidrógeno que mejora la seguridad, eficiencia y escalabilidad al integrar los cuatro pasos necesarios para obtener hidrógeno a partir de amoniaco en un único reactor.
¿Cuáles son las ventajas del nuevo sistema en comparación con los métodos convencionales?
Este sistema logra eficiencias energéticas sin precedentes y produce hidrógeno de alta pureza, eliminando la necesidad de fuentes de calor externas y compresores mecánicos, lo que mejora considerablemente la eficiencia energética general.
¿Qué papel juega el amoniaco en este proceso?
El amoniaco es considerado uno de los portadores de hidrógeno más prometedores debido a su alta densidad de hidrógeno y su infraestructura consolidada para producción y distribución.
¿Cómo se valida el modelo propuesto para el reactor?
El modelo se validó mediante simulaciones multifísicas que demostraron una sólida concordancia en métricas clave como la eficiencia de extracción de hidrógeno y la dinámica de temperatura, permitiendo simular el comportamiento del reactor en tiempo real.
¿Qué son los 'soft sensors' mencionados en la investigación?
Los 'soft sensors' son algoritmos diseñados para estimar en tiempo real variables internas clave del sistema, lo que permite optimizar el rendimiento y prevenir la degradación del catalizador mediante el uso de datos electroquímicos imprecisos convertidos en información fiable.
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