Horizonte Europa: Amoníaco a hidrógeno verde: sistema eficiente de craqueo de amoníaco para su aplicación en transportes de larga distancia

Resultados esperados

Los vehículos de transporte de hidrógeno líquido desempeñarán un papel importante en la diversificación del corredor de suministro energético de Europa, transportando hidrógeno a escala (>1.000 toneladas de hidrógeno transportadas al día), especialmente a través de grandes distancias. La baja huella de carbono, la alta densidad energética y la facilidad de almacenamiento y transporte son factores clave para su aplicación. Entre todos los portadores de hidrógeno líquido, el amoníaco ha demostrado ser un candidato libre de carbono y sostenible y, lo que es muy importante, presenta ventajas de un transporte unidireccional, de hecho, el amoníaco no necesita ser recuperado y reciclado directamente después del paso de deshidrogenación (para liberar hidrógeno). Además, aunque se han planteado problemas de seguridad y toxicidad, el amoníaco se produce industrialmente desde hace más de 75 años, con una gran infraestructura y una gran oferta. Sin embargo, es necesario realizar más estudios para evaluar el potencial a gran escala del amoníaco como portador de hidrógeno, y hay que estudiar cuidadosamente la eficiencia energética y el impacto medioambiental.

La síntesis de amoníaco puede llevarse a cabo cerca de los centros de producción de hidrógeno centralizados, pero su deshidrogenación debe obtenerse fácilmente a nivel local para diferentes aplicaciones después del transporte. Hay que superar muchos retos técnicos y económicos relacionados con la etapa de deshidrogenación y la sostenibilidad.

Para llevar el craqueo de amoníaco a la siguiente fase de madurez se espera que los resultados del proyecto contribuyan a todos los resultados siguientes:

• Contribuir al liderazgo tecnológico europeo desarrollando reactores y catalizadores innovadores para la deshidrogenación del amoníaco, así como nuevas soluciones integradas para la gestión del calor y la separación y purificación del hidrógeno;
• Reducción del uso de materias primas críticas en la reacción de deshidrogenación del amoníaco;
• Mejora de la economía del proceso de deshidrogenación del amoníaco;
• Desarrollar nuevos modelos de negocio relacionados con el uso del hidrógeno a partir del amoníaco para diversas aplicaciones, como la generación de energía centralizada y distribuida, la navegación, la movilidad pesada, etc;
• Contribuir a la comprensión de las necesidades de Europa en términos de infraestructura y regulación para la gestión de los portadores de hidrógeno líquido;
• Fomentar la demostración de las soluciones desarrolladas en el proyecto en toda Europa.

Se espera que los resultados del proyecto contribuyan a todos los siguientes objetivos de la EERR de la Empresa Común Hidrógeno Limpio: (especialmente para el Pilar 2: Almacenamiento y distribución de hidrógeno – Subpilar: portadores de H₂ líquido):

• Desarrollar una gama de portadores de hidrógeno que se utilizarán comercialmente para transportar y almacenar hidrógeno, mejorando su eficiencia de ida y vuelta y reduciendo su coste;
• Contribuir a los indicadores clave de rendimiento (KPI) de la SRIA sobre el coste de entrega del portador de hidrógeno, para el traslado en barco de 3000 km (Objetivos: 2024 = 2,5 €/kg, 2030 = <2 €/kg);
• Contribuir a los KPIs de la SRIA sobre el consumo de energía específico del portador de hidrógeno (Objetivos: 2024 = 17kWh de entrada/kgH₂ recuperado, 2030 = 12 kWh de entrada/kgH₂ recuperado). Esta cifra engloba el consumo de energía para la producción de amoníaco a partir de hidrógeno, para el que el proyecto recuperará el valor del estado de la técnica.

Alcance

Los sistemas más modernos para la recuperación de H₂ a partir del amoníaco requieren unidades de reacción y catalizadores que funcionen a altas temperaturas (550-800°C) para la conversión completa del amoníaco y se basan principalmente en el diseño de craqueadores con fuego y transferencia de calor limitada. La aplicación de fuentes de calor para suministrar la energía térmica requerida es un reto restrictivo para el amoníaco como portador fiable de hidrógeno. Además, las pérdidas térmicas de los componentes, la energía consumida por las bombas y la pérdida de hidrógeno debida a la recuperación imperfecta en la sección de separación y purificación convencional representan otras cuestiones importantes que deben abordarse para las plantas de deshidrogenación de amoníaco de próxima generación. En este sentido, las propuestas deben contener un conjunto de principios aplicados en el diseño de catalizadores y reactores, que pueden aportar importantes beneficios en términos de intensificación del proceso y eficiencia de la cadena, menores gastos de capital y de explotación, mayor calidad de los productos, menos residuos y mayor seguridad del proceso. Por lo tanto, es interesante desarrollar y demostrar, a escala de prototipo, catalizadores de bajo coste y reactores integrados que puedan suministrar hidrógeno a una alta tasa por volumen a partir de la deshidrogenación del amoníaco a temperaturas relativamente bajas y una alta conversión, de modo que el hidrógeno puro sin carbono pueda transportarse a largas distancias.

Las propuestas más detalladas deben incluir:

• Desarrollo de un catalizador (debe considerarse el uso de catalizadores sin CRMs o la reducción del uso de CRMs) y de un reactor para la deshidrogenación del amoníaco a una temperatura más baja en comparación con el estado de la técnica, capaz de:
  • asegurando la mayor conversión de amoníaco posible (>98 %) reduciendo los pasos de limpieza/reciclaje posteriores;
  • mejorar la eficiencia térmica global de la etapa de deshidrogenación del amoníaco;
  • proporcionando alta fiabilidad, facilidad de funcionamiento y rentabilidad a la producción de hidrógeno.
• Un sistema de demostración, que funcione durante al menos 500 horas y produzca al menos 10 kg de H₂/día a presión atmosférica;
• Demostración de la calidad del combustible de hidrógeno (según la norma ISO 14687:2019) a partir de la deshidrogenación del portador de hidrógeno líquido en las condiciones pertinentes;
• Demostración de la escalabilidad del sistema desarrollado para la producción a gran escala (equivalente a las 100 tH₂/día) para el transporte de larga distancia;
• Una evaluación del ciclo de vida del sistema desarrollado en el marco de toda la cadena de suministro: inventario y composición del amoníaco, etapas de (des)hidrogenación, almacenamiento temporal, transporte, consumo neto de CRM, etc;
• Análisis tecno-económico para la escalabilidad del sistema desarrollado para la producción a gran escala para el transporte de larga distancia, es decir, 1000 t H₂/día, incluyendo la planta de hidrogenación centralizada, el almacenamiento, el envío y las plantas de deshidrogenación distribuidas.

Para que la propuesta alcance el resultado esperado, los resultados deberán difundirse al final de la propuesta a los sectores de la movilidad del hidrógeno y de la infraestructura de repostaje de hidrógeno y a los grupos de trabajo pertinentes de los comités técnicos de normalización, como ISO TC 197 y CEN TC 268, incluida la norma de pureza del hidrógeno ISO14687 y EN17124, relacionada con el muestreo de combustible de hidrógeno.

Se espera que las propuestas aborden aspectos de sostenibilidad y circularidad.

Plazo

20 de septiembre de 2022

Más información: Funding & tenders