El hidrógeno verde, pero del etanol

Franco Fogliata

Ingeniero Agrónomo

Estos últimos días ha llamado la atención de que el país posiblemente tenga una inversión millonaria en la provincia de Río Negro para obtener el llamado “hidrógeno verde”, pero desde energía eólica. El nombre de Hidrógeno Verde proviene de que es un hidrógeno obtenido de la biomasa, o sea de elementos vegetales (ver LA GACETA del 03/11/21). Este tema ya era conocido en Tucumán y en el país desde hace más de 10 años cuando el suscripto lo abordó en su libro titulado “Biocombustibles” en el año 2010, entre páginas 228-235. En aquel momento, contando con la colaboración del doctor Jorge Perera, abordamos el tema incluyendo la cantidad de vehículos que circulan en este momento en Europa (transporte público, etc.) pero con hidrógeno como fuente de energía proveniente del metano.

Conviene ahora aclarar conceptos

El hidrógeno está considerado como el verdadero combustible o energía del futuro, a pesar que este elemento químico es conocido desde 1776 gracias al inglés Henry Cavendish. Hasta ahora se lo obtiene industrialmente por el método tradicional, que lo toma del gas metano (elemento fósil). Este gas es el principal componente del conocido gas natural.

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos saturados. La denominación de “seco” o “húmedo” es según el grado de volatilidad de los hidrocarburos que lo constituyen. El gas húmedo es aquel que contiene una mayor proporción de productos fácilmente licuables. Además del metano, sobresalen en este aspecto el propano y butano-n. Lo realmente importante es que, de estos compuestos se obtiene el gas de síntesis y a partir de allí una serie de productos típicos de la petroquímica que podrán ser reemplazados desde la biomasa vegetal. Y de la alcoquímica.

Las tendencias más recientes en las investigaciones sobre este tema apuntan a obtener el H desde el etanol, es decir de la biomasa vegetal con lo cual resultará un producto no contaminante. De allí el nombre de “hidrógeno verde”. El hidrógeno está empleado actualmente como combustible en cantidad limitada en algunos países de Europa –Alemania principalmente- en vehículos de transporte público. Como el sistema empleado encierra peligros en el almacenamiento y transporte, por ser un gas muy liviano y es inflamable en el contacto con el aire, de allí que su empleo no progresa demasiado, además de ser un procedimiento muy costoso. El tanque que almacena el producto va colocado sobre el techo de los ómnibus.

Los vehículos empleados de esta forma no superan el 8% del transporte público del país. El citado producto requiere altas presiones y muy bajas temperaturas para ser licuado y lograr el funcionamiento de los vehículos.

Para lograr una autonomía similar a la alcanzada con el GNC en los automóviles, habrá de comprimirse el hidrógeno a 800 atmósferas, es decir, cuatro veces más que el GNC, pero si se pretende usarlo licuado, habrá que bajar la temperatura a -270º C, lo cual hace muy difícil conciliar la parte técnica con la económica. Por ello el uso de hidrógeno líquido obtenido desde el metano es aún muy restringido. Los automóviles accionados con pilas consumen 3,6 kg de H por cada 100 km recorridos, contra 13,3 l cuando emplean nafta. En un depósito de 170 l entran 7,8Kg de H.

Frente a esas duras realidades –admitiendo el enorme futuro del hidrógeno combustible- se abrió recientemente una gran posibilidad que puede revolucionar la técnica de su empleo y es la obtención del hidrógeno a partir del etanol, para transformarse así en la energía del futuro. Lo auténticamente destacable del tema es que la idea y el proyecto surgieron de nuestro país, impulsados por un grupo de investigadores del Conicet y de la UBA –encabezados por Miguel Laborde- quienes montaron en 2004 una planta piloto con esa finalidad en Monte Grande, Buenos Aires. ¿En qué se basa el sistema? El esquema planteado señala que dicho alcohol deberá ponerse en reactores catalíticos y a partir de allí, dichos reactores engendran dos procesos claves: a) Gas de síntesis: es la primera etapa catalítica que servirá para obtener diversos productos químicos para la industria siderúrgica, petroquímica, etc. reemplazando a lo que actualmente se logra del gas natural. El alcohol se ha convertido entonces en un “coctel” de gases (CO, CO2, CH4, H) llamado “gas de síntesis”. Esta mezcla de gases es, desde hace un siglo, la clave de la petroquímica actual. b) Desde aquel gas de síntesis se obtendrá el hidrógeno ultrapuro en la segunda etapa catalítica, que alimentará las llamadas pilas o celdas de “combustibles”. Estas se podrán emplear en generar energía estacionaria para las fábricas, casas de familia, etc. o bien para obtener la energía móvil que se usará para el funcionamiento de automóviles, ómnibus, etc. En la celda de combustible, el hidrógeno introducido producirá energía eléctrica, o dicho en otras palabras: la celda de combustible es la máquina, que sin combustible propiamente dicho, transforma el hidrógeno en energía eléctrica y calor.

La otra gran novedad en el sistema propuesto, es que el etanol, con mezcla de agua, se cargará en el tanque de combustible habitual del vehículo y desde allí irá a la pila o celda que estará donde el motor actual, para generar la energía eléctrica que hará mover al automóvil.

Por el caño de escape del vehículo saldrá vapor de agua y no gas carbónico como es actualmente con los motores de ciclo Otto.

Sintetizando: el vehículo cargará etanol en su tanque, que se transformará en hidrógeno para generar electricidad que será utilizada a medida que el automóvil la necesite. Vale mencionar que actualmente existe en Pico Truncado (provincia de Santa Cruz) una planta experimental de Hidrógeno que se obtiene a través de la electrólisis del agua, utilizándose la electricidad que genera el “Parque Eólico Jorge Romanutti”. Los gases de H2 obtenidos son almacenados para luego convertirlos en combustibles y en celdas de combustibles para generar electricidad, etc. (gentileza Jorge G. Perera).

Un punto de partida

Como se observa, este “gas de síntesis” es una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, que representa el punto de partida para el desarrollo de toda la industria petroquímica actual, como ser las naftas, gasoil y otros productos.

Para obtener el monóxido de carbono más el hidrogeno, algunos autores lo consideran como un proceso atractivo y a partir del cual se obtienen numerosos productos ya sean el amonio, fertilizantes nitrogenados como la urea, metanol, etilenglicol, acetato de vinilo, etc. según se observa a partir del petróleo y sus derivados se comienzan a obtener otros subproductos químicos (propileno, butadieno, aromáticos, etc.), que son la base para desarrollar toda una industria que alcanza enormes proporciones mundiales. Pero a partir de 1974, con la crisis del petróleo y la fuerte suba en el valor del mismo, la ecuación económica comienza a revertirse y se encienden luces de alerta hasta que 20 años después toma vigor la factibilidad cierta en dar prioridad a las investigaciones orientadas hacia los biocombustibles y/o aprovechamiento de la biomasa vegetal como fuente de materia prima para el gas de síntesis pero partiendo del etanol.

El monóxido de carbono y el hidrógeno, o sea el “gas de síntesis” también se producen partiendo de la biomasa pero con un rango más amplio en lo que respecta al cociente H / CO.

Entre 1979 y 1984 ya habían comenzado una serie de investigaciones claves realizadas en los EEUU para obtener el “gas de síntesis” desde el etanol obtenido de productos “ligno-celulósicos”. El avance notable de estos trabajos, hasta nuestros días, lo mencionaba Parker en 1978 indicando que además de los plásticos, las fibras sintéticas, caucho sintético, fertilizantes nitrogenados, entre otros, también serían provistos en el futuro desde la biomasa. En realidad Parker indicaba que desde la biomasa se pueden obtener dos grandes grupos de productos químicos: A) Partiendo del “gas de síntesis”, donde están el amonio, ácido acético, metanol, formaldehídos y combustibles en general. B) Aquellos productos obtenidos por diversas modificaciones químicas como ser los derivados de la celulosa (papel, fibras, plásticos), y aquellos derivados del etanol, del furfural, de la lignina y otros.

A esos productos les agregan el ácido láctico, manitol, ácido acético, glicerol, etc., es decir toda una gama de productos químicos muy destacados.

Un ligero resumen sobre estos aspectos indicaría lo siguiente, desde el gas de síntesis de la biomasa se pueden lograr: a) Hidrógeno ultrapuro grado celda para combustible. b) Materiales para la industria plástica. c) Fertilizantes agroquímicos y aditivos para alimentos. d) Fibras plásticas y textiles, pinturas, etc.

Investigaciones entre 1979 y 1982 apuntaban, con muy buen criterio, que todos aquellos países con carencia o limitaciones en la disponibilidad de los recursos “finitos” del gas y el petróleo debían enfocar sus objetivos del gas de síntesis desde el etanol, obtenido a su vez de la biomasa (recurso “infinito”), enfatizando que era el camino correcto en los países con buenas condiciones naturales, de clima y suelo, para la producción vegetal.