Análisis 145: Reducción de CO2 mediante el enriquecimiento con hidrógeno de un gas natural

La descarbonización ha recibido un interés significativo por parte del sector energético en los últimos tiempos. Se presenta caso de enriquecimiento de combustible con hidrógeno.

Hay casos en los que se está considerando la mezcla de H2 con gas natural para reducir las emisiones de CO2 como una alternativa a corto plazo a operar con gas 100% natural. En estos casos, la cantidad de reducción de CO2 será función del porcentaje de H2 en el combustible. La cantidad o porcentaje de H2 en el combustible se puede medir en función del volumen, la masa o el aporte de calor.

Normalmente, los flujos hacia una turbina de gas se cotizan en términos volumétricos, pero el factor clave para determinar las emisiones de una mezcla de combustible es el aporte de calor relativo de los componentes del combustible, especialmente porque el metano y el hidrógeno tienen densidades de energía muy diferentes. Esta es una distinción importante, ya que agregar pequeñas cantidades de hidrógeno al combustible (en términos volumétricos) tendrá un impacto menor en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono.

Un efecto secundario del enriquecimiento con hidrógeno es que aumenta el contenido de vapor de agua en los gases de combustión resultantes.

CO2 -> 53448 g/kJ

CO -> 894.3 g/kJ (inquemado)

H2 -> 29.7 g/kJ (inquemado)

NO -> 236 g/kJ

NO2 -> 0.0679 g/kJ

Aunque operar con hidrógeno puede generar menores emisiones de CO2, existen desafíos que deben comprenderse dadas las diferencias entre el hidrógeno y muchos combustibles de hidrocarburos tradicionales. El poder calorífico inferior (LHV) del hidrógeno es 10.8 MJ/Nm3 o 120 MJ/kg. En comparación, el LHV del 100% de metano es 35.8 MJ/Nm3 o 50 MJ/kg. En términos de masa, el hidrógeno tiene 2 veces más densidad energética que el metano. Pero, en términos de volumen, el hidrógeno tiene un tercio menos de densidad energética que el metano. Por lo tanto, se necesita 3 veces más flujo volumétrico de hidrógeno para proporcionar el mismo aporte de calor (energía) que el metano. Por lo tanto, operar una turbina de gas con 100% de hidrógeno requiere un sistema accesorio de combustible configurado para los caudales requeridos.

CO2 -> 47315 g/kJ; Porcentaje de reducción = 11.5%

CO -> 804.3 g/kJ (inquemado)

H2 -> 32.4 g/kJ (inquemado)

NO -> 228.8 g/kJ

NO2 -> 0.0634 g/kJ