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Calentar casas holandesas con hidrógeno

Heating Dutch homes with hydrogen
Las unidades de electrolizador en estos contenedores azules están produciendo gas hidrógeno verde de alta pureza para calentar hogares en un bloque de apartamentos cercano en Rotterdam, Países Bajos (Foto: DNV)

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Publicado: 13 de diciembre de 2019

  • Un proyecto liderado por el operador de redes de gas y energía Stedin tiene como objetivo demostrar que las casas se pueden calentar de manera segura y eficiente con hidrógeno limpio.
  • El proyecto es un valioso campo de pruebas para los fabricantes de equipos para producir y utilizar hidrógeno en el entorno construido.
  • DNV gestiona el proyecto y proporciona soporte experto para la tecnología del hidrógeno.

Las casas en los Países Bajos se están calentando con hidrógeno al 100%, reemplazando el gas natural en un gasoducto existente por primera vez en el país. El proyecto de cinco años (2018-2023) que involucra apartamentos en un bloque residencial en Rotterdam está demostrando que el hidrógeno sin carbono podría ayudar a descarbonizar la calefacción. Este es uno de los mayores desafíos en países donde el gas natural suministrado a través de redes de tuberías establecidas domina la calefacción residencial.

La prueba en el área de Rozenburg en Rotterdam es la segunda fase del programa Power2Gas liderado por Stedin, un operador holandés de redes eléctricas y de gas. Su objetivo es demostrar la viabilidad de este enfoque en toda la cadena de valor del gas, desde la producción de hidrógeno hasta el uso final.

La primera fase (2013-2018) produjo gas natural sintético (SNG), metano, obtenido mediante la reacción de hidrógeno con dióxido de carbono, para el bloque de apartamentos. La misma red de ductos cortos que se usaba entonces ahora suministra hidrógeno desde una instalación de electrólisis a pequeña escala cercana que funciona con electricidad. El hidrógeno producido por la electrólisis del agua se denomina "verde" si la electricidad proviene de fuentes de energía renovables.

“Hasta ahora [diciembre de 2019], se ha producido una cantidad sustancial de hidrógeno verde en el sitio de Rozenburg y se ha utilizado para calefacción utilizando calderas de hidrógeno al 100%. Las cosas todavía se ven bien, y el período interesante llegará durante el invierno, cuando la demanda sea más alta”, dijo Albert van der Molen, experto en gestión de activos de Stedin.

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Nuestros estudios muestran que para una solución óptima para la sociedad, el hidrógeno no debe descartarse como una de las piezas del rompecabezas de la transición energética
Albert van der Molen,
  • expert asset management
  • Stedin

El hidrógeno al 100% tiene potencial para la calefacción residencial en muchos hogares holandeses, agregó van der Molen: “Nuestros estudios [de Stedin] muestran que, para una solución óptima para la sociedad, el hidrógeno no debe descartarse como una pieza del rompecabezas de la transición energética, juntos con calefacción de ciudad y bombas de calor eléctricas”.

El proyecto Rozenburg ilustra la flexibilidad y escalabilidad de la electrólisis para entregar hidrógeno verde a los usuarios locales. Enapter, un diseñador y fabricante alemán de electrolizadores, ha suministrado ocho unidades de electrolizadores de membrana de intercambio aniónico que producen gas hidrógeno verde de alta pureza para el proyecto (Figura 1). Las unidades se pueden apilar para formar sistemas electrolizadores más grandes. Los sensores a bordo permiten la supervisión y el control remotos para optimizar la eficiencia del equipo y su eficacia para satisfacer los patrones de demanda.

El hidrógeno producido se transporta de forma segura a calderas centrales que calientan 25 apartamentos. Una caldera de gas en el bloque proporciona respaldo si la demanda es mayor de lo que los electrolizadores pueden satisfacer.

Figure 1: Rozenburg electrolyser
Figura 1: Las unidades de electrolizador Enapter pueden producir un total de cuatro metros cúbicos normales de gas hidrógeno por hora para calentar apartamentos en el proyecto Rozenburg. Foto: Stedin
Proyectos como Power2Gas Rozenburg son invaluables para que los fabricantes de equipos vean y prueben cómo se desempeñan sus productos innovadores en situaciones reales y cumplen con los estándares
Johan Knijp,
  • area manager, Netherlands
  • DNV – Oil & Gas

“Con el hidrógeno para calefacción de este tipo todavía en su infancia en todo el mundo, proyectos como Power2Gas Rozenburg son invaluables para que los fabricantes de equipos vean y prueben cómo se desempeñan sus productos innovadores en situaciones reales y cumplen con los estándares”, dijo Johan Knijp, area manager, Países Bajos. DNV - Petróleo y gas. Otros fabricantes de equipos se están asociando con Stedin y DNV GL en el proyecto de Rotterdam. Entre ellos se encuentran el fabricante de quemadores Bekaert Heating y el fabricante de sistemas de calefacción y agua caliente Remeha.

DNV está administrando el proyecto para Stedin, habiéndolo delimitado y diseñado previamente, brindado orientación en el sitio durante la fase de construcción de la infraestructura e inspeccionado la seguridad. Los laboratorios especializados del asesor técnico en Groningen, Países Bajos, han realizado pruebas y mediciones de la calidad del gas para el proyecto de Rotterdam. Las instalaciones de Groningen también acogieron la puesta en servicio de electrolizadores y equipos de metanización para Power2Gas.

“DNV ha sido un socio técnico muy valorado en el proyecto Rozenburg desde 2013”, dijo van der Molen. “Tiene el conocimiento adecuado en lo que respecta al hidrógeno y muestra el pragmatismo necesario para demostrar cosas nuevas para las que aún no se dispone de varias reglas y estándares. La gente de DNV también me ofrece flexibilidad como cliente, lo que ha resultado valioso".

Holanda se convierte en líder en hidrógeno para energía

El próximo proyecto de Stedin después de la demostración de Rozenburg será en el pueblo de Stad aan 't Haringvliet, Holanda Meridional, con 550 casas existentes que utilizarán hidrógeno al 100% en 2025 utilizando la red de gas natural existente.

En los Países Bajos se están llevando a cabo otras iniciativas para promover una economía del hidrógeno, a medida que el gobierno nacional avanza hacia un Acuerdo Climático nacional. Según las propuestas actuales (2019), este acuerdo incluiría financiación para la innovación en hidrógeno y otros combustibles sostenibles.1

Por ejemplo, el consorcio público-privado HEAVENN está comenzando un proyecto de 90 millones de euros de seis años para desarrollar una cadena de valor de hidrógeno verde en pleno funcionamiento en la región del norte de los Países Bajos.2 Los planes incluyen la producción a gran escala de hidrógeno verde como materia prima para la industria; almacenamiento, transporte y distribución de hidrógeno y su uso para energía en la industria, la edificación y el transporte; reacondicionamiento de las tuberías de gas natural existentes para el transporte de hidrógeno; y tendido de tuberías de hidrógeno en parques industriales y empresariales. Mientras tanto, el gobierno de los Países Bajos está brindando respaldo financiero para un proyecto de industria conjunta global (JIP) liderado por DNV para permitir el uso de hidrógeno para descarbonizar procesos industriales de alta temperatura y con uso intensivo de energía (ver artículo a continuación).

No obstante, es probable que los operadores de redes de gas holandeses necesiten muchos años para poder suministrar hidrógeno a un gran número de clientes para calentar y cocinar, dijo van der Molen: “En primer lugar, es necesario cambiar las regulaciones. Por ejemplo: los operadores del sistema de distribución de gas (DSO) holandeses no están autorizados actualmente a distribuir el 100% de hidrógeno utilizando la red de gas natural existente. En segundo lugar, el suministro de hidrógeno verde inicialmente será limitado, lo que resultará en costos relativamente altos".

Comenzar [proyectos de hidrógeno] es importante para aprender, para acostumbrarse al hidrógeno, etc.

Esto no debería ser motivo para dudar, recomendó: “Si nadie empieza ahora, la situación en 2030 será similar a la de hoy. Comenzar es importante para aprender, para acostumbrarse al hidrógeno, etc. Ahí es donde veo los desafíos, no tanto en tecnología ".

Otros están de acuerdo. La Coalición del Hidrógeno en los Países Bajos está pidiendo que la capacidad de producción de hidrógeno verde se incremente de 1 megavatio (MW) ahora a 500 MW en cinco años como un trampolín a 3,4 GW para 2030.3 La amplia coalición incluye 27 organizaciones: operadores de red, incluido Stedin, Gasunie y Tennet; industria; empresas energéticas; gobiernos; organizaciones medioambientales y de la naturaleza; e instituciones científicas.

Una pregunta es de dónde vendrá el hidrógeno para eventualmente comenzar a suministrarlo a gran escala a clientes residenciales e industriales. En teoría, las opciones (Figura 2), dependiendo de la ubicación de la oferta y la demanda, podrían ser hidrógeno azul procedente del reformado de metano a vapor con captura y almacenamiento de carbono, o hidrógeno verde, o una mezcla.

Van der Molen comentó: “La mayoría de los clientes y la mayoría de los responsables políticos de los Países Bajos muestran una fuerte preferencia por el hidrógeno verde. Creo que la imagen final debería ser verde; pero, cuando es necesario, por ejemplo, cuando la seguridad del suministro está en riesgo, el "color" significa mucho menos para mí. Me imagino que durante la fase inicial, también se utilizará hidrógeno azul, solo por la asequibilidad".

Descargue los artículos de investigación de DNV sobre el hidrógeno para descarbonizar el calor y el hidrógeno como portador de energía. PLEASE ADD URL TO THE ARTICLE NAMED: 1. Hydrogen segment translation_Decarbonizing hydrogen production and 2nd. Hydrogen segment translation_Our research_ #2

Referencias

  1. "El acuerdo climático hace que reducir a la mitad las emisiones de carbono sea factible y asequible", comunicado de prensa del gobierno de los Países Bajos en Government.nl, 28 de junio de 2019
  2. "El viento se encuentra con el gas 2019: el norte de los Países Bajos será la primera región europea del hidrógeno", Publ. en The Green Hydrogen Economy, Noordelijke Innovation Board, 19 de octubre de 2019
  3. "Tijd dringt voor groene waterstof [Se acaba el tiempo para el hidrógeno verde]" Waterstof Coalitie [Hydrogen Coalition], noviembre de 2019 available online in Dutch, disponible en línea en holandés.
Figure 2: Hydrogen production pathways
Figure 2: Hydrogen production pathways

Las empresas colaboran para descarbonizar los procesos de calentamiento directo

Se está llevando a cabo un proyecto global de la industria conjunta de múltiples clientes (JIP) para allanar el camino para el uso de hidrógeno para descarbonizar las industrias de cerámica, acero y vidrio de alta temperatura y uso intensivo de energía, que generalmente usan hornos o hornos y operan a 500 grados Celsius. o más (Figura 1). DNV GL inició y lidera el JIP 'Hidrógeno como combustible para procesos de calentamiento directo', que comenzó en octubre de 2019 y actualmente (diciembre de 2019) todavía está abierto para que se unan nuevos participantes.

El objetivo es desarrollar y demostrar un sistema de quemador que pueda utilizar de forma flexible el 100% de hidrógeno, el 100% de gas natural y todas las mezclas de los dos gases. El mismo sistema se puede utilizar durante toda la transición. Se puede suministrar inicialmente con diversas mezclas de gas natural / hidrógeno y, en última instancia, con hidrógeno puro cuando el suministro de hidrógeno ha superado el desafío. La principal ventaja económica de un sistema de este tipo es que ofrece una gran flexibilidad de combustible con una inversión limitada.

“Una parte sustancial de las emisiones de dióxido de carbono de estas industrias se debe a la quema de combustibles fósiles para procesos de calefacción. Actualmente no se dispone de tecnología que permita el ahorro de energía y la descarbonización a gran escala para este grupo de procesos industriales. El hidrógeno podría ser la ruta más rápida y barata para lograrlo ”, explicó Johan Knijp, gerente de área, Países Bajos, DNV GL - Oil & Gas.

El JIP está financiado por 25 socios internacionales y el Gobierno de los Países Bajos. La experiencia y las instalaciones de laboratorio en el sitio de DNV GL en Groningen en los Países Bajos, y la experiencia de sus operaciones de Loughborough, Reino Unido, estarán involucradas en el trabajo.

Para obtener más detalles sobre el proyecto conjunto de la industria, comuníquese con Johan Knijp.

Glassmaking
Figure 1: Hydrogen could be the fastest, cheapest route to large-scale energy savings and decarbonization of industrial processes such as making glass light bulbs (Photo: Shutterstock)

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