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Aug 17, 2023

Pirólisis de metano: liberando el potencial de la producción de hidrógeno turquesa, informa IDTechEx

BOSTON, 2 de junio de 2023 /PRNewswire/ -- En el panorama en rápida evolución de

BOSTON, 2 de junio de 2023 /PRNewswire/ -- En el panorama del hidrógeno en rápida evolución, el impulso global para la producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono está acelerando la exploración de tecnologías sostenibles, escalables y económicamente viables. Si bien el hidrógeno azul y verde se han destacado como las opciones eminentes para la descarbonización a mediano y largo plazo, el hidrógeno turquesa menos publicitado, generado a través de la pirólisis de metano, ha avanzado en términos de tecnología y demostraciones comerciales. Entonces, ¿dónde encaja la pirólisis de metano en la futura economía del hidrógeno y qué importancia tendrá su papel?

Este artículo explora este tema y profundiza en las diversas tecnologías de pirólisis de metano, sus beneficios, inconvenientes y las actividades comerciales clave que dan forma a esta industria. Para una exploración exhaustiva de la pirólisis de metano, así como del mercado de hidrógeno azul, consulte el nuevo informe de mercado de IDTechEx, "Producción y mercados de hidrógeno azul 2023-2033: tecnologías, pronósticos, jugadores".

Una comparación de hidrógeno azul y verde

En el espectro de producción de hidrógeno, el hidrógeno azul y verde han surgido como soluciones clave para un futuro bajo en carbono. El hidrógeno azul se produce reformando el gas natural con vapor o oxidándolo parcialmente con oxígeno mientras se capturan y almacenan las emisiones de CO2 del proceso. Por otro lado, el hidrógeno verde se genera a través de la electrólisis del agua alimentada por fuentes de energía renovables como la eólica o la solar, dejándola libre de carbono en términos de emisiones de Alcance 1 y 2.

El hidrógeno turquesa, sin embargo, ofrece un enfoque diferente para la producción de hidrógeno. Se genera a través de la pirólisis de metano, un proceso en el que el metano se descompone en hidrógeno y carbono sólido a altas temperaturas sin liberar CO2 directo. Esto hace que el hidrógeno turquesa sea una opción más respetuosa con el medio ambiente que el hidrógeno azul, ya que evita la necesidad de capturar y almacenar carbono (CCS).

En comparación con el hidrógeno verde, la producción de hidrógeno turquesa suele ser más rentable y más fácil de escalar debido a su dependencia del abundante y actualmente más asequible gas natural como materia prima. Además, el proceso es termodinámicamente mucho menos intensivo en energía que la electrólisis del agua, requiriendo alrededor de siete veces menos energía por mol de H2 producido. Esto es especialmente ventajoso, considerando que muchas variaciones del proceso de pirólisis de metano pueden electrificarse completamente, eliminando así las emisiones de Alcance 2. El uso de biogás como materia prima podría potencialmente hacer que el proceso sea negativo en carbono.

El proceso también da como resultado un subproducto de carbono sólido, que puede utilizarse potencialmente en varias industrias dependiendo de su grado: el caucho negro se usa como material de refuerzo para los cauchos y el negro especial se puede usar en la producción de polímeros, tintas y recubrimientos. , materiales de batería y muchas otras aplicaciones. También se están realizando investigaciones para investigar su uso como aditivo para el suelo. Algunos procesos de pirólisis de metano también pueden producir hidrocarburos, grafito o carbonos más avanzados como el grafeno. La generación de dichos productos podría generar flujos de ingresos útiles para los operadores de plantas de pirólisis.

El espectro de los procesos de pirólisis de metano

IDTechEx identificó tres tipos amplios de procesos de pirólisis de metano. En general, estos procesos son bastante diferentes en cuanto a sus principios de funcionamiento, pros y contras, etapas de desarrollo y el número relativo de jugadores que los desarrollan. Por supuesto, hay más variaciones de estos, como el proceso catalítico de plasma.

Térmica: descomposición térmica no catalítica utilizando temperaturas muy altas (1000-1400°C). El calentamiento se suministra a través de las paredes del reactor o de los tubos de intercambio de calor (si se utiliza la combustión). Las empresas que desarrollan este proceso incluyen BASF (calentamiento resistivo de las paredes del reactor) y Ekona Power (calentamiento por combustión de gases de cola).

Catalítico: proceso termocatalítico que emplea un catalizador fundido en una columna de burbujeo o partículas de catalizador en un reactor de lecho fluidizado. Las empresas que desarrollan este proceso incluyen C-Zero (catalizador de sal fundida) y Hazer Group (catalizador de mineral de hierro sólido).

Plasma: las moléculas de metano se dividen mediante plasma de alta temperatura (a través de antorchas de plasma) o plasma de baja temperatura generado por microondas. Las empresas que desarrollan este proceso incluyen Monolith (alta temperatura) y Transform Materials (baja temperatura).

IDTechEx cree que los procesos de pirólisis de plasma son, con mucho, los más avanzados en términos de etapa de desarrollo tecnológico y número de jugadores. También son los procesos más eficientes energéticamente, ya que el calor se entrega directamente al gas metano en lugar del reactor o medio catalítico. Además, la calidad de los productos de carbono suele ser superior a la de otros tipos de procesos, aunque algunos procesos catalíticos también pueden producir productos de calidad. Sin embargo, el proceso requiere un control preciso del plasma para no formar productos secundarios ya que los radicales de metano tienden a combinarse en moléculas de hidrocarburo. Transform Materials utilizó este comportamiento en su proceso de microondas para generar acetileno, un químico valioso que se usa en la producción de polímeros como el PVC y químicos como el butanodiol.

Interés Comercial y Actividad en Pirólisis de Metano

Las empresas que desarrollan pirólisis de metano abarcan varias regiones, con América del Norte (principalmente EE. UU.) y Europa (principalmente Reino Unido, Francia y Alemania) dominando el desarrollo en términos de número de jugadores y sus niveles de preparación tecnológica (TRL). Sin embargo, algunos jugadores se destacan en términos de comercialización de sus tecnologías.

Monolith es una empresa con sede en EE. UU. y es probablemente el actor más avanzado del mercado, ya que cuenta con una instalación operativa a escala comercial desde 2020 (Olive Creek 1) que produce 5 kilotoneladas de hidrógeno y 15 kilotoneladas de negro de humo al año. Actualmente, la compañía está ampliando esta instalación (Olive Creek 2) para producir 275 kilotoneladas de amoníaco bajo en carbono y 194 kilotoneladas de negro de humo. La puesta en marcha de la planta está programada para 2023 y se espera que sea la planta de pirólisis de metano más grande del mundo. Monolith ha anunciado recientemente que su producto de negro de humo se utilizará en los nuevos neumáticos ElectricDrive™ GT de ultra alto rendimiento de Goodyear.

Como se mencionó anteriormente, Transform Materials es otra empresa estadounidense con un proceso de plasma de microondas que puede producir acetileno. La empresa se posiciona como proveedor de un proceso de acetileno limpio, una alternativa a los procesos existentes de craqueo de acetileno y carburo con alto contenido de carbono. Por lo tanto, es probable que su proceso sea de mayor interés para los usuarios finales de acetileno, donde el hidrógeno se consideraría un subproducto valioso. La empresa aún no tiene una planta comercial, pero está generando mucho interés comercial por parte de empresas como DSM Nutritional Products.

Hazer Group es una empresa australiana que comercializa su tecnología de pirólisis catalítica que utiliza gránulos de mineral de hierro como catalizador en un reactor de lecho fluidizado. Su proceso genera un producto de grafito de pureza relativamente alta que se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las baterías de iones de litio, si se purifica en el grado requerido. La compañía está desarrollando su primera planta comercial en Australia en la planta de tratamiento de aguas residuales de Woodman Point, que producirá 100 toneladas de H2 al año y está programada para su puesta en marcha en el segundo semestre de 2023. Aunque todavía tiene una capacidad bastante pequeña en comparación con Olive Creek 1 de Monolith, la empresa está viendo mucho interés en su tecnología por parte de corporaciones multinacionales como Engie y Chiyoda Corporation.

Varios jugadores más pequeños, como Plenesys y Graforce, están desarrollando procesos de pirólisis más modulares que podrían ubicarse cerca de las instalaciones de los clientes. Esto proporciona un camino alternativo para la producción descentralizada de hidrógeno a menor escala, que podría competir con la electrólisis en el futuro. Sin embargo, los esfuerzos comerciales que utilizan tales plantas aún son relativamente limitados. Puede encontrar más información sobre los jugadores y sus actividades en el informe de IDTechEx.

Perspectivas sobre el hidrógeno turquesa

Por supuesto, la tecnología viene con algunos inconvenientes. La necesidad de metano (gas natural) es un desafío compartido con el hidrógeno azul, ya que significa que la producción de hidrógeno dependerá del gas natural. Además, el rendimiento de hidrógeno por mol de gas natural utilizado es menor que el de los procesos de hidrógeno azul, como el metano con vapor o el reformado autotérmico (SMR y ATR). También existen algunos desafíos asociados con el subproducto de carbono: los acuerdos de compra solo se pueden establecer para un producto de carbono de calidad; de lo contrario, el carbono tendría que ser secuestrado bajo tierra. Además, la pirólisis del metano genera 3 kg de negro de humo por cada kg de hidrógeno. Por lo tanto, las plantas de pirólisis solo podrían escalar a escalas muy grandes (en millones de toneladas de hidrógeno) si hay mercados adecuados disponibles para el subproducto; de lo contrario, la economía del proceso puede ser prohibitiva.

Como se ve en el artículo, se están realizando muchos esfuerzos comerciales y muchas pequeñas y medianas empresas están desarrollando tecnologías. Cada empresa tiene un modelo de negocio diferente según la escala de su proceso y el tipo o la pureza de su subproducto de carbono. En general, IDTechEx cree que el uso de la pirólisis de metano será bastante limitado en la industria del hidrógeno en comparación con el hidrógeno azul y verde, al menos a mediano plazo. Las tecnologías aún deben desarrollarse y demostrarse a escala comercial. Sin embargo, eso no significa que la pirólisis de metano y el hidrógeno turquesa deban pasarse por alto, ya que varias industrias podrían beneficiarse de tales tecnologías.

El nuevo informe de mercado de IDTechEx, "Producción y mercados de hidrógeno azul 2023-2033: tecnologías, pronósticos, jugadores", analiza y compara todos estos procesos, proporcionando información sobre las actividades de los jugadores clave y sus proyectos. También incluye pronósticos de mercado a 10 años para la industria del hidrógeno azul desglosados ​​por tecnología, uso final y región.

Acerca de IDTechEx

IDTechEx guía sus decisiones comerciales estratégicas a través de sus productos de Investigación, Suscripción y Consultoría, ayudándolo a beneficiarse de las tecnologías emergentes. Para obtener más información, comuníquese con [email protected] o visite www.IDTechEx.com.

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