El gigante energético AGL reveló esta semana planes para producir energía de hidrógeno en su estación de carbón Loy Yang A. Pero, ¿cómo transformamos el carbón? que a menudo se considera simplemente hecho de carbono, en hidrógeno, ¿un elemento completamente diferente?

De hecho, el carbón no solo está hecho de carbono. También contiene otros elementos, uno de los cuales es hidrógeno. Pero para obtener mucho hidrógeno, el carbón debe ser "gasificado" en lugar de quemado, creando compuestos que luego pueden reaccionar con agua para producir hidrógeno. De aquí es de donde proviene la mayor parte del hidrógeno en este caso, no del carbón en sí.

¿De qué está hecho el carbón?

En lenguaje sencillo, El carbón es una mezcla de dos componentes:materia a base de carbono (los restos descompuestos de la vegetación prehistórica) y materia mineral (que proviene del suelo en el que se extrae el carbón). La materia a base de carbono se compone de cinco elementos principales:carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre.

Puede pensar en el proceso de formación del carbón como una progresión de la biomasa (materia vegetal recién muerta) al carbón vegetal (carbono casi puro). Tiempo extraordinario, el oxígeno y algo de hidrógeno se eliminan gradualmente, dejando cada vez más carbono.

Por lo tanto, el carbón pardo contiene un poco más de hidrógeno que el carbón negro, aunque la mayor diferencia entre los dos está en su contenido de carbono y oxígeno.

¿Qué es la gasificación?

Podemos entender la gasificación entendiendo primero la combustión. Combustión, o ardiendo, es la oxidación completa de un combustible como el carbón, un proceso que produce calor y dióxido de carbono. El dióxido de carbono en sí no se puede oxidar más, y por tanto es el producto final incombustible del proceso de combustión.

En gasificación, sin embargo, el carbón no está completamente oxidado. En lugar de, el carbón reacciona con un compuesto llamado agente de gasificación. La gasificación es endotérmica, lo que significa que no produce calor. Todo lo contrario, de hecho, necesita entrada de calor para progresar. Debido a que el gas resultante no está completamente oxidado, eso significa que se puede quemar como combustible.

Entonces, ¿cómo hacemos hidrógeno?

Ahora conocemos los conceptos clave, empecemos de nuevo desde el principio. Para producir hidrógeno a partir del carbón, el proceso comienza con oxidación parcial, lo que significa que se agrega algo de aire al carbón, que genera gas de dióxido de carbono a través de la combustión tradicional. No se agrega suficiente, aunque, para quemar completamente el carbón, solo lo suficiente para generar algo de calor para la reacción de gasificación. La oxidación parcial también produce su propio agente de gasificación, dióxido de carbono.

El dióxido de carbono reacciona con el resto del carbono del carbón para formar monóxido de carbono (esta es la reacción de gasificación endotérmica, que necesita entrada de calor). Todavía no hay hidrógeno.

El monóxido de carbono en la corriente de gas ahora reacciona más con vapor, generando hidrógeno y dióxido de carbono. Ahora estamos produciendo algo de hidrógeno. Luego, el hidrógeno puede pasar a través de una celda de combustible en el sitio para generar electricidad de alta eficiencia, aunque el plan en Loy Yang A es presurizar el hidrógeno y enviarlo a Japón para su exhibición olímpica.

Los carbones pardos se prefieren generalmente para la gasificación sobre los carbones negros por varias razones, lo que hace que el lignito del Valle Latrobe de Victoria sea una buena perspectiva para este proceso.

La principal razón es que debido al alto contenido de oxígeno de este tipo de carbón, es menos estable químicamente y, por tanto, más fácil de romper durante la reacción de gasificación. Además, hay un pequeño impulso del hidrógeno que ya está presente en el carbón.

El hidrógeno producido de esta manera no es un combustible de emisión cero. El dióxido de carbono se emite a través de las reacciones de combustión y descomposición térmica, y también es un producto de la reacción entre el monóxido de carbono y el agua para producir hidrógeno y dióxido de carbono.

Entonces, ¿por qué molestarse en fabricar hidrógeno?

Cuando se usa hidrógeno como combustible, libera solo agua como subproducto. Esto lo convierte en un combustible limpio de cero emisiones, al menos en el punto de uso.

Producir hidrógeno a partir del carbón en una gran instalación central significa que se puede implementar el control de la contaminación. Partículas, y potencialmente dióxido de carbono, se puede eliminar de la corriente de gas de manera muy eficiente.

Esto no es posible a pequeña escala, como colgar de la parte trasera de su automóvil. El transporte por carretera emite a diario niveles peligrosos de contaminantes en nuestras ciudades.

Los procesos de gasificación que utilizan celdas de combustible de hidrógeno en el sitio pueden aumentar sustancialmente su eficiencia en comparación con la energía tradicional de carbón. Sin embargo, dependiendo del uso final del hidrógeno, y procesos de transporte posteriores, podría estar mejor en términos de producción de energía, o eficiencia (y por tanto emisiones de carbono), simplemente quemando el carbón para generar electricidad.

Pero al usar la gasificación del carbón para producir hidrógeno, podemos empezar a construir una infraestructura muy necesaria y a desarrollar mercados de consumidores (es decir, vehículos de pila de combustible de hidrógeno) para un futuro combustible verdaderamente limpio.

Predigo que la energía del hidrógeno será de cero emisiones algún día. Se puede hacer de varias formas mediante la división del agua pura (incluida la electrólisis, o mediante tecnologías solares termoquímicas y fotoelectroquímicas, para nombrar unos pocos). Todavía no está disponible en términos de precio o practicidad, pero ciertamente está en camino. Impulsar el desarrollo de la economía del hidrógeno a través de la producción de carbón mientras tanto es, en mi libro, no es una idea terrible en general.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.