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Investigadores mexicanos utilizan la electrólisis de agua residual para generar vapor limpio

  • Investigadores mexicanos utilizan electrólisis agua residual generar vapor limpio
  • Para reducir la contaminación ambiental —ocasionada regularmente por plantas de procesos de aguas residuales de la zona—, un grupo de ingenieros de Minatitlán, Veracruz, genera "vapor limpio" a partir de hidrógeno con el uso de celdas solares.

Con el proyecto titulado Generación de hidrógeno para sustituir el gas natural, dirigido por el ingeniero industrial químico Feliciano Santos Juan, de la organización Consultores en Tecnología y Optimización de Procesos, S.C., se desarrolló la tecnología para producir vapor en la industria eliminando los combustibles que generan dióxido de carbono (CO2), sustancia que deteriora la atmósfera y contribuye al calentamiento global.

Según el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC), la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que el calentamiento y la precipitación han ocasionado 150 mil muertes en los últimos 30 años. Para el lapso de 2030 a 2050, el cambio climático provocará el fortalecimiento de la malnutrición, la diarrea, el estrés calórico, entre otras afectaciones a la salud.

Actualmente, para generar vapor necesario en las operaciones industriales, las plantas de procesos queman combustibles fósiles o hidrocarburos, como el petróleo y el gas natural. Esta actividad —junto con el consumo de gasolina por automóviles, la tala de bosques, la sobrepoblación, entre otros factores— fortalece la emisión de CO2.

“El petróleo, cada vez más costoso, es un contaminante. Además, cuando se quema el gas natural se produce CO2 que se va a la atmósfera. Es de los famosos promotores que deterioran el ozono. Es estratégico que todas las plantas tengan un combustible más económico: ese combustible es el hidrógeno. Las calderas ahora en lugar de quemar gas natural pueden quemar hidrógeno”, destaca Feliciano Santos Juan.

En esta investigación, como sustituto del gas natural para la obtención de vapor, se utiliza el calor originado por la combustión del hidrógeno. Este último lo obtienen con el proceso de descomposición o separación de sustancias por medio de electricidad —electrólisis—. Para obtener la electricidad, se requiere la tecnología de las celdas solares, diseñada por los integrantes de este equipo de tecnólogos veracruzanos.

En las plantas de procesos se da un tratamiento a las aguas de calderas, pero este ocasiona que resulte un residuo de aguas contaminadas, terminan ácidas y alcalinas. Por esta razón, se tienen que neutralizar, disponer y retirar hacia los ríos y mares. Si en lugar de tirarla, sostiene el tecnólogo, se le aplica el proceso de electrólisis, se produciría el oxígeno, por una parte, y por otra el hidrógeno que se necesita para generar el vapor limpio.

De acuerdo con el equipo de ingenieros, tanto el hidrógeno como el oxígeno se requieren para que se queme el primero en las calderas de vapor. Por electrólisis del agua residual de calderas, se genera el hidrógeno, combustible que tiene como resultado el calor que, a su vez, produce el vapor de agua. Todo esto es un ciclo dentro de la planta: el vapor asciende, regresa como líquido y vuelve a generarse en vapor.

“El calor, para generar ese vapor, va a ser el calor de combustión del hidrógeno que nace durante la reacción de electrólisis. De manera que cuando se genera el hidrógeno —el combustible— produce agua, no emite ningún contaminante. Se va a la atmósfera, pero ya no lleva CO2. Es una emisión limpia. En cualquier otra parte de la ciudad forma nubes y regresa como agua al sistema. Se sustituye el uso del gas natural por el gas hidrógeno”.

Comenta que la idea es que el hidrógeno se genere en las mismas plantas de la región y del país por medio de este proceso. Así, se tendrían operaciones más limpias y económicas. Todas las empresas podrán generar su propio hidrógeno con esta tecnología y frenar los contaminantes que deterioran la capa de ozono.

Hoy en día, en el estado de Veracruz existen 86 plantas instaladas. A nivel nacional es el quinto lugar de la república que cuenta con ellas, antes se encuentran Durango con 123, Chihuahua con 100, Aguascalientes registra 97 y Jalisco 94.

El proyecto de sustitución de gas natural cobra relevancia ante el contexto nacional en relación con el cambio climático, dado que el mismo INECC señala en su Inventario Nacional de Emisiones de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero, publicado el pasado 29 de marzo, que en el periodo 1990-2015, México emitió 683 millones de toneladas de CO2. El país genera 71 % de esta sustancia, solo seguido por el metano con 21 %.

El 8 % restante está distribuido entre óxido nitroso, hidroflurocarbonos, perfluorocarbonos, hexafloruro de azufre y carbono negro. Del total de las emisiones, 64 % corresponde al consumo de combustibles fósiles; 10 %, a los sistemas de producción pecuaria; 8 % a procesos industriales; siete % a manejo de residuos; 6 % a las emisiones por extracción de petróleo y gas, y 5 % debido a actividades agrícolas.

Hidrógeno, implicaciones ambientales y económicas

Como parte del desarrollo de la investigación en Minatitlán, se ha realizado una serie de pruebas piloto para verificar su viabilidad y efectividad. Se construyeron unas celdas electroquímicas alimentadas con agua residual de las plantas. Y con electricidad de baterías se produjo el hidrógeno, el cual posteriormente se quemó en unos mecheros de Bunsen, lo que permitió la generación del calor para producir vapor.

Hasta el momento hay un prototipo desarrollado. La idea es, afirma Feliciano Santos Juan, que la electrólisis se use para generar el vapor de agua de las plantas de proceso. Esta alternativa tiene implicaciones ambientales, económicas y hasta sociales. Reducirían los costos de los servicios, con la ventaja de que son tecnologías limpias, no contaminan y además son de baja inversión.

“Socialmente se pueden utilizar en las tortillerías. En lugar de que consuman su gas LP y el tanque estacionario, se puede poner una celda electroquímica que con la pura energía del sol produzca el hidrógeno y se calienten las tortillas. En los hoteles, en lugar de que se utilice cualquier combustible (diesel y gasolina), puede ser sustituido por esta tecnología”.

De acuerdo con el líder del proyecto, a corto plazo en todas las casas se puede generar hidrógeno por electrólisis del agua potable de manera segura, para uso en las estufas de todos los hogares y dejar de comprar el gas LP.

En las plantas, reduce el costo de los servicios más altos: electricidad y generación de vapor. Como ya no costará el combustible, el gasto de producción bajará hasta 30 %. Eso implica que los costos de venta puedan ser menores o más competitivos. “Se aprovechan las tecnologías limpias para reducir los costos de la vida”.

El equipo de investigación considera que se debe socializar la tecnología que ahora se tiene en el estado. Solo resta hacerla más visible para que las empresas de todo el país se den cuenta de la existencia de las mismas y comiencen a trabajar con ellas, con la finalidad de que se logre una repercusión financiera y, a la vez, ambiental.

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