Doha Elrhoul, investigadora en formación del grupo de Ingeniería Energética (INGEN) del Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI), junto con sus directores de tesis Manuel Naveiro Parga y Manuel Romero Gómez, miembros del mismo grupo y profesores de la Escuela Técnica Superior de Náutica y Máquinas de la Universidade da Coruña (UDC), y Thomas A. Adams II, profesor de la Norwegian University of Science and Technology (NTNU), han publicado recientemente el artículo científico titulado "Thermo-economic analysis of green hydrogen production onboard LNG carriers through solid oxide electrolysis powered by organic Rankine cycles" en la prestigiosa revista Applied Energy.

Este artículo evalúa la producción de hidrógeno a partir del aprovechamiento de fuentes de calor residual de metaneros, buques dedicados al transporte de gas natural licuado (LNG), mediante la combinación de dos tecnologías: el ciclo orgánico de Rankine (ORC) y la electrólisis de óxido sólido (SOEC).

Producción de hidrógeno verde a partir de las fuentes de calor residual en buques metaneros

Los buques metaneros transportan el LNG en estado líquido a una temperatura de -160 ºC. Sin embargo, a pesar del sistema de aislamiento que disponen los tanques de carga, la transferencia de calor con el entorno provoca que parte de la carga se vaporice, formando lo que se conoce comúnmente como boil off gas (BOG). El BOG se debe extraer de los tanques para poder mantener la presión de almacenamiento estable y, por tanto, se aprovecha como combustible para los sistemas de propulsión y generación de energía eléctrica. Concretamente, el BOG generado suele ser más que suficiente para satisfacer por completo la demanda energética del buque.

Dado que el BOG generado satisface la demanda energética del buque, toda energía residual susceptible de ser recuperada a bordo del buque pasa a ser un excedente y no existe forma de almacenarla. Por tanto, el estudio propone la producción de hidrógeno como método de almacenamiento de energía.

La producción de hidrógeno a partir del aprovechamiento de las fuentes de calor residual de los motores de propulsión del gasero (gases de escape, aire de barrido y agua de refrigeración de alta temperatura) se realiza en dos pasos. Primero, se convierte el calor residual en energía eléctrica mediante la aplicación de ciclos de potencia con fluido orgánico, es decir, tecnología ORC. Segundo, se invierte la energía eléctrica del paso anterior en el proceso de electrólisis del agua para producir hidrógeno a través de electrolizadores SOEC. Estos electrolizadores, en comparación con otras tecnologías, presentan la ventaja de ser más eficiente en la conversión, es decir, ofrecen una mayor producción de hidrógeno para el mismo consumo eléctrico.

El estudio contempla dos configuraciones de ORC con el fluido orgánico de trabajo (R245fa): el ORC convencional de un nivel de presión y el ORC de dos niveles de presión (2P-ORC). Los resultados muestran que el 2P-ORC genera un 15 % más de energía eléctrica que el ORC convencional, lo que permite una mayor producción de hidrógeno. Además, también presenta la ventaja de ser más económico, ya que el coste del kilogramo de hidrógeno producido es menor.

En conclusión, la producción y almacenamiento de hidrógeno a bordo permite no solo exprimir los recursos energéticos del buque, sino que también ofrece un combustible libre de carbono susceptible de ser utilizado por el buque en circunstancias en las que interese reducir las emisiones de dióxido de carbono.

Aplicaciones futuras

Este estudio tiene importantes implicaciones para el futuro de la industria marítima y la producción de energía limpia. La implementación de sistemas de producción de hidrógeno verde a bordo de buques podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, ayudando a cumplir con las regulaciones ambientales internacionales. Además, el hidrógeno producido podría utilizarse como combustible en áreas de control de emisiones, mejorando la sostenibilidad del transporte marítimo. A largo plazo, esta tecnología podría integrarse en otros tipos de embarcaciones y aplicaciones industriales, promoviendo una transición hacia una economía de hidrógeno más amplia y sostenible.

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