Asociación Española del Hidrógeno

Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible

ELCOGAS

En España, concretamente en Puertollano, se encuentra la mayor central de Gasificación Integrada en Ciclo Combinado (GICC) de carbón del mundo, propiedad de ELCOGAS (http://www.elcogas.es). La sociedad ELCOGAS se constituyó en 1992, para llevar a cabo la construcción, explotación y comercialización de la planta GICC de Puertollano. La Central de Puertollano, de 317,7 MW (sitio), se encuentra en operación comercial funcionando con gas natural (GNCC) desde 1996 y con gas de carbón (GICC) desde 1998. Gracias al apoyo de la Comisión Europea a través del Programa Thermie y basada en la tecnología europea, la planta se ha consolidado como productor eléctrico, alcanzado un nivel de fiabilidad en operación que demuestra la madurez de esta tecnología de uso limpio del carbón, y ofrece su experiencia operacional para desarrollos futuros. 

La planta GICC de Puertollano utiliza el proceso de gasificación de lecho arrastrado a   presión denominado PRENFLO (PRessurised ENtrained FLOw). El gas de síntesis obtenido, resultado de la reacción entre la mezcla de carbón y coque de petróleo con oxígeno a temperaturas de hasta 1600ºC, se limpia y quema como combustible en una planta de ciclo combinado. El oxígeno necesario para el proceso de gasificación se produce en la unidad integrada de Fraccionamiento de Aire, la cual produce además nitrógeno para secado y transporte del combustible pulverizado y para la inertización segura de los diferentes circuitos.    

El gas de síntesis que se obtiene, compuesto básicamente de CO e H₂, es objeto de un exhaustivo proceso de limpieza para eliminar los agentes contaminantes. El gas, una vez limpio, se satura y quema, con un alto nivel de eficiencia, en una turbina de gas dentro de una unidad de ciclo combinado generadora de electricidad. La turbina de gas puede operar tanto con gas sintético como con gas natural. Los gases de escape de la turbina de gas, con calor residual, alimentan una caldera de recuperación de calor produciendo vapor que, junto con el vapor producido en el proceso de gasificación, genera electricidad adicional en una turbina de vapor convencional con ciclo de condensación. La eficiencia bruta de la planta es del 47%, condiciones ISO.

La Central Térmica GICC de ELCOGAS cumple con toda legislación medio ambiental, solucionando los problemas inherentes a la generación de electricidad. Debido a que la central de ELCOGAS opera con niveles de eficiencia mayores que los de las centrales convencionales, emite menos CO₂ por unidad de energía, contribuyendo así a alcanzar los objetivos del Protocolo de Kioto, relacionado con la reducción mundial de emisiones de CO₂ a la atmósfera. Además, la tecnología GICC es, de acuerdo con nuestros actuales conocimientos, la más adecuada entre todas las que utilizan combustibles fósiles para realizar la captura de CO₂ para su posterior almacenamiento.

Las emisiones gaseosas de ELCOGAS (SO₂, NO_X) suponen sólo una pequeña fracción de los límites permitidos. La recuperación de azufre es aproximadamente un 99,9% y las emisiones de NOX en operación GICC son inferiores que en GNCC. Además, las emisiones gaseosas de ELCOGAS son muy inferiores a las de cualquier planta convencional. Para operar se necesita aproximadamente la mitad de agua que necesitan las plantas de carbón pulverizado con sistema de lavado de gas. El tratamiento de las aguas residuales permite el cumplimiento de los requisitos legislativos europeos y españoles en cuanto a vertidos. Los residuos sólidos se obtienen principalmente bajo una matriz vítrea (no lixiviables), pudiéndose valorizar estos subproductos que tienen utilización en diferentes aplicaciones.  

El interés de ELCOGAS en la Asociación Española del Hidrógeno se debe, fundamentalmente, a que la gasificación se encuentra entre las tecnologías de conversión más prometedoras para la producción de hidrógeno. La conversión de combustibles fósiles y en concreto el carbón, fácilmente disponibles, en hidrógeno es una de las mejores opciones para el desarrollo comercial de un sistema de energía basado en el hidrógeno.  

Actualmente, las ventajas de la síntesis de un gas combustible limpio, como el producido en la central de ELCOGAS en Puertollano, son de gran interés para otros procesos industriales y tecnológicos. Fundamentalmente:

• Por conversión de CO y H₂O a CO₂ y H₂ se incrementa la producción de H₂ y posibilidad de captura de CO₂.

• Por tratamiento adecuado del gas limpio se hace viable su uso como alimentación a Pilas de Combustible de alta temperatura con emisiones mínimas y mayores eficiencias.  

Las pilas de combustible unidas a la gasificación es una opción que se encuentra actualmente en un estado de desarrollo. Tanto el Departamento de Energía de los Estados Unidos (D.O.E.), como el gobierno japonés ya están financiando directamente el desarrollo de la tecnología IGFC (Pilas combustible aplicadas en una Gasificación de carbón Integrada en Ciclo Combinado) a través de los proyectos de Wabash River y EAGLE, respectivamente. En dichos proyectos se pretenden probar dos tipos de pilas de combustible: MCFC y SOFC a partir del año 2003 (http://www.gasification.org).

 La compañía ELCOGAS, como líder de la tecnología GICC en Europa, también está interesada en demostrar la producción de hidrógeno a partir de carbón y la integración de las pilas de combustible en la tecnología GICC. Dentro de las actividades de divulgación de ELCOGAS relacionadas con el H₂ se encuentra su participación en el Encuentro Científico Internacional sobre las Perspectivas del Hidrógeno en la Estrategia Energética Europea, en el marco de un programa europeo de investigación denominado CeSSA.

Dirección de contacto: gtecno@elcogas.es  

Dentro del Plan de Investigación de ELCOGAS se ha definido distintas líneas de actuación:

REDUCCIÓN DE EMISIONES DE CO₂ CON USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES 

PROYECTO: “PROCESOS AVANZADOS DE GENERACIÓN, CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO₂ (PSE-CO₂)"

OBJETIVO DE LA COLABORACIÓN DE ELCOGAS:

ELCOGAS coordina el subproyecto que lleva por título “Tecnología de separación de CO₂ en pre-combustión”, cuyo objetivo principal es validar a escala industrial, explorando también alternativas a escala de laboratorio, las tecnologías de la separación de CO₂ en precombustión en una planta de tecnología GICC. La esencia del proyecto se asienta en dos pilares fundamentales: exploración de tecnologías comerciales de separación de CO₂ (que prevé la instalación, puesta en marcha y operación de una Instalación de Planta Piloto), y exploración de tecnologías teóricamente aplicables pero no disponibles comercialmente para la separación del CO₂ (a desarrollar a nivel pequeña instalación y a escala de laboratorio). 

PRODUCCIÓN DE H2 POR GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES FÓSILES

La línea de producción de H₂ a partir de gasificación de combustibles fósiles está muy relacionada, o incluso integrada, con la anterior, ya que en el proceso de separación del CO₂ del gas de síntesis lo que se obtiene es una corriente de H₂ en la que se concentra la mayor parte del poder calorífico de la materia prima que se utilice.

PROYECTO: “HYDROGEN SEPARATION IN ADVANCED GASIFICATION PROCESSES” (HYDROSEP)

OBJETIVO DE LA COLABORACIÓN DE ELCOGAS:

El objetivo de la colaboración de ELCOGAS consiste en la evaluación de la integración de una unidad de producción de hidrógeno en la central térmica GICC de Puertollano. Esta unidad estará basada principalmente en las tecnologías planteadas dentro del proyecto HYDROSEP. Proyecto iniciado el 01 de julio de 2006, duración 3 años.

NUEVOS PROCESOS DE PURIFICACIÓN DE H₂ 

Partiendo de contar con la planta piloto descrita anteriormente, se dispone de unas condiciones óptimas para la definición y evaluación de alternativas a los métodos comerciales actuales y su adaptación al gas de síntesis de GICC, en función de la aplicación del H₂. Favoreciendo igualmente la colaboración con centros de investigación o con industrias relacionadas. 

PROYECTO: “SOLUCIONES A LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO ENERGÉTICO Y RECONVERSIÓN ASOCIADA” (CENIT SPHERA)

OBJETIVO DE LA COLABORACIÓN DE ELCOGAS

El objetivo global del proyecto es: “Análisis tecnológico de alternativas de producción y purificación de H₂ a partir de gasificación de combustibles fósiles”. Las principales tecnologías que se pretenden evaluar son las siguientes:

• Conversión de gas de síntesis a H₂ por reacción catalítica de membrana       

•   Purificación de H₂ por medio de membranas.

• Purificación de H₂ por adsorción (PSA).

Para llevar a cabo este proyecto se ha subcontratado a un organismo público de investigación, la Universidad de Castilla La Mancha (UCLM). Proyecto iniciado en 2007, y con duración prevista de 4 años.

DIVERSIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES Y DE PRODUCTOS 

En años anteriores se desarrollaron actividades de IDi en ELCOGAS como la exploración de la viabilidad técnica y logística de cogasificación de biomasa, y las pruebas reales con harinas cárnicas. Su resultado técnico fue muy positivo y se interrumpió la línea por no ser viable económicamente debido al coste de la biomasa.

Sin embargo, dado que uno de los mayores valores de la tecnología GICC es la facilidad para adaptarse a diversidad de combustibles, y la posibilidad de obtener diversidad de productos, se considera esta como una línea en la que la IDi tiene un alto valor añadido, por lo que se han reiniciado actividades al respecto.

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE GASIFICACIÓN

La cogasificación de combustibles fósiles con biomasa permite la obtención de un gas de síntesis con un determinado porcentaje de origen neutro respecto a emisiones de CO₂. Este gas de síntesis puede ser transformado en combustible líquido como biodiesel, en un porcentaje, o ser utilizado directamente como combustible en turbinas de gas u otras aplicaciones.

Actualmente ELCOGAS participa en el proyecto CENIT – PIIBE cuyo objetivo general es el desarrollo de tecnologías de producción de biodiesel en España.

PROYECTO: “PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA EL IMPULSO DEL BIODIESEL EN ESPAÑA” (CENIT PIIBE)  

OBJETIVO DE LA COLABORACIÓN DE ELCOGAS

ELCOGAS lidera el subproyecto denominado “Producción de biodiesel vía gasificación “, con los siguientes objetivos principales:

1)       Evaluar la viabilidad de la co-gasificación de biomasa y combustibles fósiles en una ventral GICC. La ejecución de pruebas reales de co-gasificación hasta un 10% en las instalaciones de la CT GICC Puertollano permitirá demostrar dicha viabilidad, la cual vendrá condicionada por unos parámetros que será necesario identificar y caracterizar.

2)       Evaluar la viabilidad de obtención de biodiesel a partir de un gas sintético a presión, obtenido parcialmente a partir de biomasa. La innovación de esta fase se encuentra en la aplicación de reacciones conocidas a nivel industrial (proceso Fischer-Tropsch) a la tecnología GICC que la central de Puertollano representa. No se contempla la construcción de ninguna instalación adicional en la CT GICC Puertollano, sino que las pruebas que se hagan se llevarán a cabo a nivel de laboratorio.

Para llevar a cabo este proyecto se tiene prevista la subcontratación de dos organismos públicos de investigación: la Universidad de Castilla La Mancha (UCLM), y el Instituto Nacional del Carbón del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (INCAR-CSIC). Proyecto iniciado en 2006, y con duración prevista de 4 años.