De los Hidrocarburos al Hidrógeno

Transcripción

1 De los Hidrocarburos al Hidrógeno Antoni Julià Sirvent Nuevos Vectores Energéticos Desarrollo e Innovación Dirección de Tecnología, Seguridad y Sostenibilidad Gas Natural SDG, S.A. Introducción. La necesidad de encontrar un escenario energético distinto al que actualmente rige en el mundo desarrollado occidental está ya asumida por la sociedad. Existe una conciencia general que reclama un uso sostenible de los recursos compatible con el bienestar y la movilidad ; las Administraciones Locales se preocupan por el medio ambiente en el que viven sus ciudadanos ; las Administraciones de los Estados velan por reducir el impacto sobre el clima y la biodiversidad y además deben trazar estrategias de diversificación de los recursos. Esta necesidad de cambio no conduce de modo determinista a una solución sino que abre posibilidades a distintos escenarios teóricos que podrán llegar a ser una realidad en función de los cambios sociales y políticos, y de las tecnologías disponibles. Los nuevos escenarios imaginables comparten unos criterios comunes tendentes a reducir emisiones contaminantes o de efectos adversos en el clima, utilizar de manera más eficiente los recursos fósiles, incrementar la presencia de recursos renovables, evitar la concentración en una misma área geográfica y aumentar la independencia tecnológica.. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

2 En la definición de los distintos escenarios que pueden configurarse juega un papel muy importante el modo cómo las energías primarias pueden llegar al punto de consumo. En el escenario actual, cuando la energía primaria no puede ser utilizada directamente, se transforma en electricidad como energía portadora, con las ventajas de su facilidad de transporte y uso. Esta realidad es tan extendida que parece haberse convertido en axiomática ; sin embargo no es la única solución : el hidrógeno es una alternativa que se perfila como más adecuada en algunos escenarios. El hidrógeno debe ser considerado como un portador de energía de modo análogo a la electricidad : ambos se obtienen de una fuente de energía primaria y son limpios en el punto de consumo. El hidrógeno se obtiene mayormente a partir de hidrocarburos y entre ellos el gas natural supone el 80% ; este amplio uso del gas natural para la obtención de hidrógeno tiene su justificación en que el metano, principal componente del gas natural, es el hidrocarburo con mayor proporción de hidrógeno en su molécula. No sería arriesgado afirmar, de modo general, que actualmente el hidrógeno es un producto obtenido del gas natural. A pesar de la analogía con la energía eléctrica, en cuanto a su carácter portador de uso limpio, las diferencias en cuanto a su producción, transporte y distribución son elevadas. En el terreno de la automoción las diferencias entre el hidrógeno y la energía eléctrica como portadores energéticos para los vehículos eléctricos marcan ventajas a favor del hidrógeno. Bajo una perspectiva medioambiental, ambos presentan nulas emisiones tóxicas en operación pero los acumuladores eléctricos tienen problemas de reciclaje. Desde el punto de vista de prestaciones, el hidrógeno almacenado en un vehículo con pila de combustible tiene mayor densidad energética que el acumulador eléctrico, lo cual se traduce en mayor autonomía. El interés que la tecnología de la pila de combustible suscita y los avances tecnológicos que su desarrollo está experimentado, son los verdaderos motores en el campo de la introducción del hidrógeno. De modo especial, es el sector de la automoción el que, empujado por unas exigencias medioambientales traducidas en obligaciones legales cada vez más exigentes, ve en los vehículos eléctricos con pila de combustible una solución tecnológica de futuro. Posiblemente no exista hoy ningún fabricante de automóviles, con capacidad de gestionar proyectos de I+D, que no disponga de algún programa de desarrollo o aplicación de pilas de combustible. Los grupos automovilísticos pioneros en poner en el mercado vehículos eléctricos con pila de combustible son Daimler-Chrysler y Toyota, no tan sólo en el campo tecnológico sino en la creación de un marco favorable tanto en la sociedad como en los poderes públicos. La creación de estos marcos favorables incluye la impulsión de la estructura necesaria en el futuro para el transporte y distribución del hidrógeno necesario. Los trabajos de desarrollo y demostración de prototipos de vehículos realizados hasta la fecha han requerido unas cantidades de hidrógeno que han sido insignificantes frente a la capacidad mundial de producción, de modo que podían obtenerse fácilmente como excedentes o como subproducto de algunos procesos químicos. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

3 La actitud de la Unión Europea Un plan de acción preparado por la Comisión Europea en noviembre del 2001 introduce la necesidad de sustitución del 20% de los combustibles fósiles empleados en los vehículos de carretera por combustibles alternativos en el horizonte del año Este documento concluye que sólo tres combustibles presentan condiciones técnicas y económicas para poder participar en más del 5% en el mix de combustibles utilizados en automoción : los bio-combustibles, el gas natural y el hidrógeno ; la participación prevista para este último es del 2% en el 2015 y del 5% en el La velocidad de penetración (en porcentajes) para estos tres combustibles, según el documento citado, se refleja en la tabla siguiente : año biocombustibles gas natural hidrógeno total En un ámbito más general, no tan sólo reducido al transporte, en otoño de 2002 la Comisión Europea impulsó la constitución del llamado Grupo de Alto Nivel sobre Tecnologías del Hidrógeno y las Pilas de Combustible con el objetivo de obtener de él una propuesta para avanzar hacia un futuro marco energético sostenible en el horizonte del año Este Grupo de Alto Nivel estuvo formado por personas con elevado poder de decisión en sus respectivas organizaciones, representando a diversas empresas e instituciones con actividades en el campo del hidrógeno y las pilas de combustible. Aún cuando el problema a analizar era cómo alcanzar un marco energético sostenible a partir de la situación actual, el hecho de constituir un grupo de trabajo implicado ya en actividades en los campos de las pilas de combustible y el hidrógeno marcaba implícitamente unas directrices un tanto deterministas. El Grupo de Alto Nivel elaboró una visión y una propuesta de actuaciones, coherente y posibilista, que incluía la cronología del que podría ser el itinerario de avance para efectuar la transición del marco energético actual hacia un marco sostenible, basado en energías renovables, en el año La figura 1 muestra el itinerario propuesto cuya parte superior exhibe la evolución en la obtención del hidrógeno y la inferior, la de sus tecnologías de utilización. Este itinerario fue adoptado por la Comisión Europea como director para sus políticas energéticas y de investigación y desarrollo. En la figura 1 se han destacado en amarillo algunos aspectos de este itinerario que merecen comentarios. Si anteriormente se ha calificado de posibilista este itinerario es porque en las primeras décadas de la transición no rehuye el uso de combustibles fósiles para obtener el hidrógeno, contrariamente a las tesis más verdes que hubieran querido acelerar la obtención de hidrógeno a partir de fuentes renovables. Es lógico aprovechar la Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

4 experiencia tecnológica disponible para acometer las primeras etapas de introducción del hidrógeno como portador energético (ahora es sólo un producto industrial) y para adaptarla a las futuras necesidades de producción distribuida de hidrógeno en pequeñas capacidades. Figura 1 La aceptación de que los primeros pasos van a darse con las tecnologías disponibles queda de manifiesto cuando ni tan sólo se exige para las primeras etapas que se capture y confine el CO 2 producido. Este avance medioambiental se difiere hasta los años 2015~2020. En cuanto al modo de transporte y distribución de hidrógeno, se citan para las primeras décadas el transporte por carretera y las pequeñas redes locales. También se indica la producción local, caso en el que no se transporta el hidrógeno sino que es la energía primaria la que se transporta hasta el punto de producción (caso de reformado de gas natural u otro hidrocarburo) o energía eléctrica (caso de electrolisis). En la década 2020~2030 se da por supuesto que el hidrógeno va a ser distribuido mediante una amplia red de gasoductos. Respecto a esta previsión cabe contraponer algunas consideraciones sobre la adecuación y la posibilidad de tender redes de hidrogenoductos. Si el hidrógeno es sólo un portador de energía, su idoneidad para esta función debe compararse con la electricidad, ambos generados a partir de una energía primaria y limpios en el punto de utilización ; por Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

5 tanto lo que debe compararse es la necesidad de inversión en cables o en tubos y la capacidad portante de energía de unos y otros. Si se utilizaran las redes de gasoductos actuales que transportan gas natural, con las presiones de trabajo para los que han sido diseñados y autorizados a operar, su capacidad de transporte energético quedaría reducida a un tercio ; ello sin entrar en consideraciones sobre la aptitud de materiales y accesorios (la iniciativa de proyecto europeo NaturalHy tiene por objetivo analizar las posibilidades de aprovechar los actuales gasoductos). Puesto que en esta década seguirá utilizándose el gas natural, entre otras aplicaciones para la producción de hidrógeno, seguirá siendo más eficiente transportar gas natural hasta puntos de producción de hidrógeno cercanos a su consumo que distribuir éste ya que aquél tiene unos costes energéticos de compresión mucho menores. Si bien se acepta que el hidrógeno va a desempeñar un rol importante en un marco de energías renovables por la capacidad que ofrece de almacenarlas, ello no conlleva que se le deba asociar de forma unívoca una tecnología de utilización. Un breve examen de la parte del itinerario referida a la evolución de las tecnologías de utilización (parte inferior de la figura 1) nos hace ver rápidamente que todas las opciones de uso del hidrógeno pasan por las pilas de combustible (FC), a excepción de una breve mención de los motores de combustión interna (ICE) para los años en curso. Esta situación es una consecuencia lógica derivada de la composición del Grupo de Alto Nivel donde prácticamente no estaban representadas opciones alternativas o que, a lo sumo, eran neutrales (UITP, Union Internationale du Transport Public). El motor de combustión interna es una tecnología altamente desarrollada y con unos costes de producción mucho menores que los de las pilas de combustible, al menos durante unas décadas. Si hasta ahora los motores de hidrógeno no pasaban de ser adaptaciones de motores de gas natural, que a su vez eran adaptaciones de otros motores, actualmente hay en marcha desarrollos de tecnología específica que apuntan a unas eficiencias muy elevadas. Los resultados obtenidos en los prototipos son esperanzadores. Los motores de combustión interna de hidrógeno, aunque no susciten entusiasmo (aparecen como una evolución y no como una revolución), constituyen una tecnología que puede ayudar a crear desde ahora mismo una incipiente estructura para la producción y suministro de hidrógeno para el transporte. Y sin la estructura creada, difícilmente el sector de la automoción se lanzará a ofrecer al mercado unos vehículos con pila de combustible que tendrán dificultades en ser repostados. Producción y Transporte del Hidrógeno. Actualmente, cerca del 50% de la producción de hidrógeno se destina a la fabricación de amoníaco, principalmente para el sector de fertilizantes, el 37% se emplea en procesos de refino de combustibles líquidos (este porcentaje ha aumentado Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

6 recientemente por las necesidades de desulfuración), el 8% en la producción de metanol, un 1% en programas espaciales, y el 4% restante en diferentes procesos químicos, alimentarios y metalúrgicos. La mayor parte del hidrógeno se produce en plantas próximas al consumo o junto a él. Las petroquímicas y las plantas de fertilizantes suelen generar el hidrógeno que necesitan en unidades de producción ubicadas dentro de sus mismas instalaciones industriales. Los pequeños consumidores disponen de pequeños equipos de producción de hidrógeno por electrolisis. La distribución de hidrógeno a los pequeños consumidores suele efectuarse en cilindros a presión como la mayoría de los gases industriales. Habitualmente la carga de estos cilindros procede de las mimas unidades de producción incluidas en recintos industriales de grandes consumidores o de la generación de hidrógeno como subproducto en otros procesos (p.ej. producción electrolítica de cloro a partir de sales). En zonas donde se dan agrupaciones geográficas de grandes consumidores de hidrógeno, hay redes locales de conductos a presión para el transporte de éste. En Europa existen unos 1500 km de conductos de hidrógeno, y en los USA unos 720 km. La producción mundial de hidrógeno es de (medio billón) Nm 3 /año. Si este hidrógeno tuviera presencia en el mercado energético, su contribución sería de 6.5 EJ ( J), equivalente al 1.5% del consumo mundial de energía. La estructura actual de producción de hidrógeno, basada en gran medida en plantas ubicadas junto al consumo en las propias refinerías o plantas de amoníaco, no puede satisfacer las necesidades que se van a plantear con la comercialización futura de los vehículos con pila de combustible. Por una parte la capacidad de producción actual de hidrógeno no será suficiente para satisfacer la demanda ; por otra, la centralización de grandes plantas de producción, como sucede actualmente, obligaría a una distribución por transporte de superficie hasta los puntos de suministro a los vehículos (estaciones de servicio, garajes de flotas cautivas) o a un trazado de conducciones de hidrógeno. El transporte por carretera o ferrocarril del hidrógeno puede hacerse en cilindros a alta presión o licuado en condiciones criogénicas (a 253 C, temperatura muy inferior a la del GNL). En ambos casos la distancia entre el punto de producción y el de suministro final marca un límite económico a esta opción. El transporte por conducciones exigiría la creación de una infraestructura costosa ; hay proyectos en marcha para estudiar la posibilidad de aprovechar las conducciones de gas natural para el transporte de hidrógeno. Tanto el transporte de superficie del hidrógeno como a través de conducciones disponen de tecnologías probadas y actualmente en explotación (utilizadas por suministradores de gases industriales). El escenario que plantea la aparición de los vehículos con pilas de combustible aconseja buscar otras formas de disponer del hidrógeno en los puntos de carga. Estas opciones pretenden aprovechar las actuales estructuras de transporte y distribución de los hidrocarburos líquidos y de gas natural para obtener el hidrógeno en el punto de suministro. Aparece entonces el concepto de generación distribuida de hidrógeno, lo Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

7 cual supone plantas o equipos de pequeña capacidad de producción, situados en ubicaciones dispersas. Ninguno de los campos explorados para crear una estructura de transporte y distribución del hidrógeno necesario para los vehículos del futuro -transporte de superficie, conducciones enterradas, producción en estación de servicio y producción a bordo del vehículo- ha sido desestimado. A juzgar por los intereses puestos en juego por distintos sectores industriales y por las actividades que desarrollan, así como de los resultados de estudios de entidades independientes, la producción de hidrógeno a partir de gas natural en pequeñas plantas en garaje o estación de servicio se posiciona con ventaja sobre otras opciones. Producción de hidrógeno. El hidrógeno no existe libre en la Tierra (1) de modo que hay que extraerlo de compuestos que lo contienen. Para ello son necesarias dos aportaciones: un compuesto abundante que contenga hidrógeno y una aportación de energía para romper los enlaces moleculares. Sin lugar a dudas el compuesto hidrogenado más abundante en la Tierra es el agua. Le siguen en importancia los hidrocarburos. Visto desde la perspectiva energética, el agua es un compuesto inerte que precisa una aportación energética externa para su disociación. Los hidrocarburos, por el contrario, son portadores a la vez de hidrógeno y de energía ; entre éstos, el metano, componente principal del gas natural (~90%), es el hidrocarburo que mayor proporción de hidrógeno tiene en su molécula (relación de 4:1 para el metano, 3 para el etano, 2.5 para el butano y acercándose a 2 a medida que crecen las cadenas saturadas). Por la elevada proporción H:C en el metano también es éste el que genera menos CO 2 por unidad de hidrógeno obtenido: los procesos actuales son más limpios y en el futuro a medio plazo el confinamiento del CO 2 resultará más económico. Profundizando en las características de los hidrocarburos como productos energéticos y portadores de hidrógeno, pueden darse los casos en los que la energía contenida en los hidrocarburos se utilice para la descomposición de sus propios enlaces carbonohidrógeno, en que esta energía se utilice para descomponer mayoritariamente enlaces oxígeno-hidrógeno de agua presente (2), o ambos. Con esta información ya puede confeccionarse un listado de posibles procesos de producción de hidrógeno, sin que ello presuponga, a priori, que la tecnología esté igualmente puesta a punto para cada uno de ellos: disociación del agua por el paso de corriente eléctrica: electrolisis 1) Algunos geisers liberan pequeñas cantidades de hidrógeno de difícil valorización 2) La energía para descomponer el agua puede ser aportada por carbón (no hidrocarburos) en cuyo caso el proceso se conoce como gasificación del carbón y durante años fue la base de la producción del gas ciudad. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

8 descomposición del agua por alta temperatura: termólisis descomposición de un hidrocarburo por oxidación parcial: POX descomposición de hidrocarburo y agua : reformado con vapor (3) Las líneas enunciadas no son las únicas posibles puesto que experimentalmente se han probado otras opciones de producción de hidrógeno como la fotosíntesis del agua, los procesos biológicos y la descarbonización del metano en arco de plasma o por vía catalítica. Tampoco se ha hecho mención explícita del metanol, puesto que puede asociarse a un hidrocarburo (4) (que puede considerarse un recurso renovable si procede de biomasa). La descarbonización del metano, su descomposición en hidrógeno libre y carbono en fase sólida, presenta un interés a medio plazo puesto que, utilizando un recurso fósil, no genera CO 2. A largo plazo pierde interés, y la tecnología desarrollada no puede servir de base para tecnologías futuras (el objetivo a largo plazo es prescindir de los recursos fósiles). Se incide a continuación en las principales líneas de producción. La electrolisis es un proceso conocido que se usa industrialmente para la producción local de hidrógeno cuando éste se requiere en pequeñas cantidades. Aunque tal como se presenta en los libros de texto de física y de química elemental pueda parecer un proceso sencillo, su ejecución industrial es compleja puesto que el paso de la corriente eléctrica no tan sólo disocia el agua (efecto deseado) sino que produce importantes pérdidas óhmicas. Es un procedimiento que resulta caro y que aún necesita perfeccionarse para aumentar su eficiencia energética de conversión y así poder ser usado en mayores escalas de producción. El interés por la electrolisis estriba en que se apunta como un proceso de futuro en el caso en que la electricidad llegue a provenir de fuentes renovables. En este caso se podría hablar de hidrógeno renovable. La descomposición térmica del agua no tiene por el momento aplicaciones industriales. Es una tecnología que puede asociarse a futuros reactores nucleares de alta temperatura (HTGR) y a sistemas solares de concentración (hornos solares). La oxidación parcial (POX) es un proceso en el que el propio contenido energético del metano es capaz de disociarlo. La oxidación, que es parcial porque finalmente sólo se oxidan los carbonos pero no los hidrógenos que quedan libres, tiene lugar con oxígeno puro o con aire en presencia de catalizadores. Su eficiencia, en grandes producciones industriales, se cifra alrededor del 70% (5). 3) Abreviado como SMR por Steam Methane Reformer ya que el metano es el hidrocarburo considerado preferentemente 4) El metanol, además de poder ser un recurso renovable (ahora se obtiene mayoritariamente del gas natural), tiene interés por su aplicación en las pilas de metanol directo (DMFC). 5) Medida como relación de los contenidos caloríficos del hidrógeno obtenido y del hidrocarburo consumido en base a sus poderes caloríficos inferiores (PCI) respectivos. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

9 2 CH 4 + O 2 2 CO + 4 H 2 Hº (298 K) -36 kj/mol La reacción tiene lugar a temperaturas superiores a 800 ºC. La elevada presencia de CO en el gas obtenido aumenta el riesgo de deposición de carbonilla según la reacción 2 CO C (s) + CO 2 que se favorece con la presión (reducción del volumen molar a la mitad). Esta carbonilla, depositada sobre los catalizadores, inhibe la continuación del proceso. El monóxido de carbono que aparece junto con el hidrógeno puede eliminarse oxidándolo directamente para convertirse en dióxido de carbono o reaccionando con vapor de agua para generar más hidrógeno y también dióxido de carbono. Puesto que la oxidación parcial es exotérmica y se activa con facilidad, el proceso puede prescindir de quemadores externos y de hornos para mantener la reacción, con lo que el diseño final de las unidades de producción resulta relativamente compacto y de bajo coste de inversión. Este procedimiento se muestra adecuado para la obtención de hidrógeno a bordo de los vehículos equipados con pila de combustible ya que sólo deben almacenar embarcado el gas natural. Existen realizaciones experimentales con vehículos rodando en ensayo de campo. El reformado de hidrocarburos con vapor de agua (SMR) es el procedimiento industrial por excelencia. Su eficiencia se cifra ligeramente superior al 80%. El gas natural, por su alto contenido en metano (~ 90%) y por su disponibilidad, es el hidrocarburo más utilizado en este proceso. El proceso global se realiza en dos reacciones que tienen lugar en equipos distintos. En la primera reaccionan el metano con vapor de agua para generar un gas de síntesis compuesto por hidrógeno, monóxido de carbono, excedente de vapor de agua y pequeñas cantidades del metano no reaccionante ; en la segunda, se oxida el monóxido de carbono a dióxido, liberando más hidrógeno del agua. CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 Hº (298 K) kj/mol CO + H 2 O CO 2 + H 2 Hº (298 K) kj/mol La relación agua/metano es superior a la estequiométrica de modo que el exceso de agua actúa de barrera para la formación de carbonilla. La primera reacción se produce a temperaturas alrededor de 900 ºC y la energía liberada en la oxidación del monóxido de carbono (segunda reacción) no es suficiente, ni en cantidad ni en temperatura, para mantenerla. El proceso global es endotérmico de modo que el metano no sólo se utiliza como compuesto reaccionante sino como combustible para aportar energía al proceso. El proceso de reformado según la primera reacción tiene lugar en unos tubos por los que circulan el metano y el vapor de agua a través de lechos de catalizadores de base Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

10 de níquel. Los tubos en los que se produce la reacción están contenidos en un horno cuya temperatura alrededor de los 900 ºC se mantiene mediante quemadores. En las ejecuciones industriales de gran capacidad de producción los reactores (horno con los tubos en su interior) son columnas de unos doce metros de altura. La corriente que se obtiene al finalizar la segunda reacción y después de condensar el agua es un gas rico en hidrógeno con dióxido de carbono y restos de agua, de monóxido de carbono y metano sin reaccionar. Esta corriente gaseosa se depura en sistemas separadores de membranas o de adsorción-desorción (PSA Pressure Swing Adsorption) de donde se obtiene un hidrógeno de extrema pureza ; la corriente gaseosa rechazada en la fase de purificación es todavía rica en hidrógeno de modo que se aprovecha como combustible que se mezcla con el gas natural, que aporta la energía al proceso en los quemadores del horno. Éstos son unos procesos muy conocidos en el ámbito industrial, con capacidades de producción elevadas, pero del que los desarrollos para llevarlos a la práctica en equipos de capacidades pequeñas, son aún incipientes. Los reformadores más pequeños son los que incorporan los packages de pilas de combustible estacionarias de tecnologías de ácido fosfórico (PAFC) y de membrana (PEMFC) preparadas para ser alimentadas con gas natural u otro hidrocarburo Más recientemente se ha puesto a punto el proceso denominado de reformado autotérmico (ATR para Auto-thermal Reforming) que es un híbrido de los POX y SMR y que no precisa de transferencia de energía con el exterior (ni cederla ni absorberla). Conceptualmente se trata de aprovechar el calor cedido por una reacción de POX para romper los enlaces hidrógeno-oxígeno de agua que se añade a la reacción. GTL Gas to Liquids La denominación GTL (Gas to Liquids) se refiere a las tecnologías para obtener, a partir de gas natural u otros productos con contenido en carbono, cadenas largas de hidrocarburos (carburantes o combustibles), alcoholes (metanol) u otros productos de interés para la industria petroquímica y/o de refino. El concepto de GTL va íntimamente ligado con el término SF (Synthetic Fuels) que es la forma genérica para referirse a los carburantes sintéticos (gasolinas, gasóleos, etc), que están hechos a medida para satisfacer las necesidades del sector de la automoción y que se obtienen por un proceso diferente al de la destilación de los crudos de petróleo en las refinerías. También se utiliza la denominación FT (Fischer-Tropsch) puesto que éste es el nombre de la reacción química que se utiliza en estos casos para la producción de los carburantes sintéticos. Las tecnologías de producción de combustibles sintéticos han sido puestas al día a partir de las desarrolladas en situaciones excepcionales, como lo fue la necesidad de proveer la maquinaria de guerra alemana durante la 2ª Guerra Mundial (a partir del carbón) o las necesidades de la República de Sudáfrica durante el bloqueo por su política de apartheid. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

11 Se trata de construir a medida la cadena del hidrocarburo con el número de átomos de carbono requerido, partiendo de diferentes combustibles primarios, ya sea carbón, gas natural o biogás, de los que previamente se ha obtenido un gas de síntesis. (Syngas o HyCo según distintas literaturas) Partiendo de metano (gas natural), el gas de síntesis se puede obtener por reformado con vapor (steam reforming) o por oxidación parcial. Posteriormente, el gas de síntesis se trata por el proceso de Fischer-Tropsch mediante el cual se obtiene el hidrocarburo deseado. Las reacciones principales en un proceso de GTL para la producción de un hidrocarburo líquido a partir de gas natural son: [1] CH 4 +H 2 O CO + 3H 2 (gas de síntesis por steam reforming) [2] (2n+1) H 2 + n CO C n H 2n+2 + n H 2 O (Fischer-Tropsch) El concepto y los desarrollos asociados con los GTL suscitaron interés en las últimas décadas como una oportunidad para explotar campos marginales de gas natural. La producción de un hidrocarburo líquido podría presentar una solución más económica para la valorización económica de ese gas que la que resultaría de construir una planta de licuación de gas natural (GNL) o trazar un gasoducto; al mismo tiempo se obtendría un producto directamente utilizable y competitivo con los derivados de los crudos (de manera especial si el precio del gas natural no estuviera indexado con el del crudo), o incluso como corriente de muy buena calidad (prácticamente con un contenido de azufre nulo) que se podría utilizar en el proceso de formulación de los carburantes en refinería (blending) con objeto de conseguir productos que cumplan las cada vez más exigentes regulaciones en materia medioambiental. Diferentes compañías petroleras han desarrollado procesos mejorados para la obtención de combustibles sintéticos; han sido pioneras Exxon-Mobil y Royal Dutch-Shell Int l. Los desarrollos más recientes y novedosos han sido introducidos por la empresa sudafricana Sasol, por la Norteamericana Syntroleum (Tulsa) y por Exxon-Mobil. También está mostrando interés en ello la compañía Conoco-Phillips. Basadas en las tecnologías GTL se han elaborado propuestas de proyectos de grandes plantas (Exxon Qatar General Petroleum para la explotación del campo de Qatar Nord) y pequeñas plantas sobre cascos de barcos petroleros en desuso para la explotación de campos residuales. La mayoría de las realizaciones son plantas piloto, tan sólo la de Shell en Bintulu (Malasia), con una capacidad de producción de barriles diarios, y la de Sasol en Sudáfrica, con barriles diarios, se pueden considerar plantas realmente industriales. Los costes de inversión específica indicados por Sasol y Shell, para el Informe del World Bank del año 99, coinciden en la cifra de US $ por barril/día para plantas con capacidades respectivas de y barriles diarios. Exxon da una cifra Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12

12 entre y US $ por barril/día para una planta de barriles diarios de capacidad de producción. Hasta hace poco, la viabilidad de la vía GTL no parecía prometedora cuando se comparaba con la producción de combustibles a partir del petróleo. Sin embargo, actualmente, el uso de esta tecnología, con Qatar a la cabeza, está a las puertas de la viabilidad comercial con la primera de la nueva generación de plantas de GTL (Oryx) en construcción. El GTL y el GNL atienden a diferentes mercados energéticos y ambos son atractivos para rentabilizar las reservas de gas inmovilizado. Los productos GTL, dependientes del precio del crudo de petróleo, se venden a precios por unidades de energía, ligeramente más altos que el GNL. Sobre la base de la dinámica actual del mercado, el GNL sigue siendo la opción principal para rentabilizar las reservas de gas inmovilizado, pero la tecnología GTL se está convirtiendo claramente en una alternativa viable, o por lo menos en una opción adicional, existiendo también oportunidades para una instalación combinada GNL - GTL. El interés que despiertan los ccarburantes sintéticos se ha puesto de manifiesto con la reciente creación de la Alliance for Synthetic Fuels in Europe (7 de marzo de 2006) por parte de Daimler-Chrysler, Rénault, Shell, Sasol- Chevron y Volkswagen. La orientación de esta alianza es la obtención de los combustibles sintéticos a partir de biomasa (BTL) como finalidad última por lo que esto supone de proyecto que a la vez se dirige a la sostenibilidad y a unas mejores prestaciones tanto mecánicas como medioambientales en la automoción. En un marco energético a largo plazo, sostenible, basado en energías renovables, los GTL, al igual que el hidrógeno, no podrán provenir ya de combustibles fósiles. Mientras el hidrógeno puede producirse a partir de casi cualquier fuente de energía renovable, los GTL sólo podrán obtenerse de biomasa. A medio plazo, la tecnología de utilización (desarrollo y coste relativos de motores y pilas de combustible) y la disponibilidad de estructura de distribución (muy favorable a los GTL frente al hidrógeno) serán los factores que determinen el mayor desarrollo de uno u otro como alternativa energética en el transporte. Universidad Politècnica de Madrid, 28-nov de 12