producción y distribución de hidrógeno

aunque es abundante en la tierra como elemento, el hidrógeno casi siempre se encuentra como parte de otro compuesto, como el agua (H2O) o el metano (CH4), y debe separarse en hidrógeno puro (H2) para su uso en vehículos eléctricos de pila de combustible. El combustible de hidrógeno se combina con el oxígeno del aire a través de una celda de combustible, creando electricidad y agua a través de un proceso electroquímico.,

producción

El hidrógeno se puede producir a partir de diversos recursos domésticos, incluidos los combustibles fósiles, la biomasa y la electrólisis del agua con electricidad. El impacto ambiental y la eficiencia energética del hidrógeno dependen de cómo se produzca. Varios proyectos están en marcha para reducir los costos asociados con la producción de hidrógeno.

Hay varias formas de producir hidrógeno:

• Gas Natural reformado/gasificación: el gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y una pequeña cantidad de dióxido de carbono, se crea al reaccionar el gas natural con vapor a alta temperatura., El monóxido de carbono se hace reaccionar con agua para producir hidrógeno adicional. Este método es el más barato, más eficiente y más común. El gas natural reformado utilizando vapor representa la mayoría del hidrógeno producido en los Estados Unidos anualmente.

  un gas de síntesis también se puede crear reaccionando carbón o biomasa con vapor y oxígeno a alta temperatura en un gasificador presurizado, que se convierte en componentes gaseosos, un proceso llamado gasificación. El gas de síntesis resultante contiene hidrógeno y monóxido de carbono, que se hace reaccionar con vapor para separar el hidrógeno.,

• electrólisis: una corriente eléctrica divide el agua en hidrógeno y oxígeno. Si la electricidad es producida por fuentes renovables, como la solar o la eólica, el hidrógeno resultante también se considerará renovable, y tiene numerosos beneficios de emisiones. Los proyectos de energía a hidrógeno están despegando, donde el exceso de electricidad renovable, cuando está disponible, se utiliza para producir hidrógeno a través de electrólisis.

• reformado líquido renovable: los combustibles líquidos renovables, como el etanol, se hacen reaccionar con vapor a alta temperatura para producir hidrógeno cerca del punto de uso final.,

• fermentación: la biomasa se convierte en materias primas ricas en azúcar que se pueden fermentar para producir hidrógeno.

varios métodos de producción de hidrógeno están en desarrollo:

• División de agua a alta temperatura: las altas temperaturas generadas por concentradores solares o reactores nucleares impulsan reacciones químicas que dividen el agua para producir hidrógeno.

• División fotobiológica del agua: los microbios, como las algas verdes, consumen agua en presencia de la luz solar, produciendo hidrógeno como subproducto.,

• División Fotoelectroquímica del agua: los sistemas Fotoelectroquímicos producen hidrógeno a partir del agua utilizando semiconductores especiales y energía de la luz solar.

Los principales estados productores de hidrógeno son California, Luisiana y Texas. Hoy en día, casi todo el hidrógeno producido en los Estados Unidos se utiliza para refinar petróleo, tratar metales, producir fertilizantes y procesar alimentos.,

el principal desafío para la producción de hidrógeno es reducir el costo de las tecnologías de producción para que el costo de hidrógeno resultante sea competitivo con los combustibles de transporte convencionales. Los proyectos de investigación y desarrollo del gobierno y la industria están reduciendo el costo y los impactos ambientales de las tecnologías de producción de hidrógeno. Obtenga más información sobre la producción de hidrógeno en la Oficina de Tecnologías de hidrógeno y pilas de combustible.

distribución

La mayoría del hidrógeno utilizado en los Estados Unidos se produce en o cerca de donde se utiliza, generalmente en grandes sitios industriales., La infraestructura necesaria para distribuir hidrógeno a la red nacional de estaciones de servicio requerida para el uso generalizado de vehículos eléctricos de pila de combustible todavía necesita ser desarrollada. El despliegue inicial de vehículos y estaciones se centra en la construcción de estas redes de distribución, principalmente en el sur y el norte de California.

actualmente, el hidrógeno se distribuye a través de tres métodos:

• tubería: esta forma menos costosa de entregar grandes volúmenes de hidrógeno es limitada, ya que solo hay disponibles aproximadamente 1,600 millas de tuberías estadounidenses para el suministro de hidrógeno., Estas tuberías están ubicadas cerca de grandes refinerías de petróleo y plantas químicas en Illinois, California y la Costa del Golfo.

• Remolques de tubo de alta presión: el transporte de gas de hidrógeno comprimido por camión, vagón, barco o barcaza en remolques de tubo de alta presión es caro y se usa principalmente para distancias de 200 millas o menos.

• tanques de hidrógeno licuado: la licuefacción criogénica es un proceso que enfría el hidrógeno a una temperatura donde se convierte en líquido., Aunque el proceso de licuefacción es costoso, permite que el hidrógeno sea transportado de manera más eficiente (en comparación con el uso de remolques de tubos de alta presión) a distancias más largas en camiones, vagones, barcos o barcazas. Si el hidrógeno licuado no se utiliza a una velocidad suficientemente alta en el punto de consumo, se hierve (o se evapora) de sus recipientes de contención. Como resultado, las tasas de suministro y consumo de hidrógeno deben coincidir cuidadosamente.,

crear una infraestructura para la distribución y entrega de hidrógeno a miles de futuras estaciones de Servicio individuales presenta muchos desafíos. Debido a que el hidrógeno contiene menos energía por unidad de volumen que todos los demás combustibles, transportarlo, almacenarlo y entregarlo al punto de uso final es más costoso en una base por galón de gasolina equivalente (por GGE). La construcción de una nueva red de tuberías de hidrógeno implica altos costos de capital inicial, y las propiedades del hidrógeno presentan desafíos únicos para los materiales de las tuberías y el diseño del compresor., Sin embargo, debido a que el hidrógeno se puede producir a partir de una amplia variedad de recursos, la producción regional o incluso local de hidrógeno puede maximizar el uso de los recursos locales y minimizar los desafíos de distribución.

hay compensaciones entre la producción centralizada y distribuida a considerar. La producción centralizada de hidrógeno en grandes plantas reduce los costos de producción, pero aumenta los costos de distribución. La producción de hidrógeno en el punto de uso final-en estaciones de servicio, por ejemplo—reduce los costos de distribución pero aumenta los costos de producción debido al costo de construir capacidades de producción en el sitio.,

Los proyectos de investigación y desarrollo del Gobierno y la industria están superando las barreras para la distribución eficiente del hidrógeno. Obtenga más información sobre la distribución de hidrógeno en la Oficina de Tecnologías de hidrógeno y pilas de combustible.