Patente japonesa de batería de hidrógeno
Si no fuera por la fuga nuclear provocada por el tsunami, Japón podría no abandonar su plan de vehículos exclusivamente eléctricos. El cierre de todas las centrales nucleares en Japón ha hecho que todas las empresas automotrices se den cuenta de que el sueño original de utilizar la energía restante para cargar por la noche no se puede realizar. Ante el aumento de los precios de los combustibles fósiles y las crecientes vulnerabilidades energéticas, Japón está buscando fuentes de energía alternativas reales. Esta energía puede no ser limpia por el momento y el costo puede ser alto, pero debe ser prometedora y verdaderamente controlable.
No es que Japón no haya considerado el gas natural, ni que las pilas de combustible de metano tengan demasiadas deficiencias. Una de las verdaderas razones por las que Japón se está alejando del gas natural es que la mayoría de los estándares para esta fuente de energía no están en manos japonesas. Esto significa que si en el futuro se utiliza energía de gas natural, una gran cantidad de regalías se seguirán pagando en el extranjero. Este no es el caso del hidrógeno. Actualmente, Japón está muy por delante en patentes en energía de hidrógeno. Puede que la escala de la energía doméstica del hidrógeno no sea la mayor del mundo, pero la tasa de uso es la más alta. Además, la tecnología de captura de dióxido de carbono CSS y el método de transporte de hidruros desarrollados por Kawasaki Heavy Industries y Chiyoda Chemical Industry han hecho que la Sociedad Japonesa del Hidrógeno vea con claridad.
NEDO publicó un libro blanco sobre la energía del hidrógeno, posicionando la energía del hidrógeno como el tercer pilar de la generación de energía doméstica, y la energía del hidrógeno está recibiendo cada vez más atención. La falta de recursos internos y la crisis energética en Japón obligan a Japón a prestar atención a la tecnología de ultra ahorro energético. Si se toma un camino hacia la energía del hidrógeno, los problemas energéticos de Japón que han sido problemáticos durante muchos años se resolverán por completo. Al menos eso es lo que parece.
Actualmente, Japón carece de aliados en el desarrollo de la energía del hidrógeno. Tanto el gas de esquisto estadounidense como el gas natural europeo parecen estar concentrados en Estados Unidos y China. Además, los vehículos de pila de combustible de hidrógeno recientemente lanzados por Toyota han recibido grandes subsidios en Japón, lo que también hace que todos consideren la energía del hidrógeno como un síndrome de isla. La mayoría de los expertos creen que la energía del hidrógeno sólo puede despegar en Japón y no puede desarrollarse en otros países. De hecho, no veo ningún plan japonés para desarrollar hidrógeno fuera de Estados Unidos y China.
El hidrógeno no sólo existe como fuente de energía, sino también como medio energético. El propósito de Japón de desarrollar la energía del hidrógeno es simple, principalmente comprando o cooperando para desarrollar algunos recursos petroquímicos ineficientes, e incluso comprando el exceso de electricidad en Siberia para electrolizar el agua y producir hidrógeno. En el proceso de implementación de la energía del hidrógeno, las cuestiones de transporte son la cuestión principal.
El hidrógeno tiene una densidad natural baja, por lo que cómo lograr un transporte de alta densidad se ha convertido en un problema importante en Japón. En este tema, Japón tiene principalmente tres métodos: hidrógeno a alta presión, hidrógeno líquido, materia orgánica y, por supuesto, transporte de hidrógeno por tuberías. Los diferentes métodos de transporte de hidrógeno varían según las condiciones reales, como la distancia y la ubicación.
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Hidrógeno a alta presión
Este modo de transporte es generalmente adecuado para el transporte de corta distancia en estaciones terrestres de producción de hidrógeno o bases de hidrógeno. Generalmente se comprime bajo una presión de 20 MPa y se transporta en vehículos de transporte tradicionales. La tecnología actual permite alcanzar un volumen de transporte de 2.300 a 3.000 metros cúbicos por vehículo. La ventaja es el bajo costo, pero la desventaja es que no favorece el transporte de larga distancia.
Kawasaki Heavy Industries señaló en el "Discusión sobre tecnología de transporte de agua de refinería" que actualmente se pueden lograr tres transmisiones de presión según el material del contenedor y el método de transporte, respectivamente 14,7 45MPa-19.
El hidrógeno a alta presión es omnipresente en casi cualquier industria. El hidrógeno a alta presión puede suministrar hidrógeno a las pilas de combustible domésticas. En la etapa de popularización de los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno, puede suministrar hidrógeno a las estaciones de hidrogenación y presionarlo en el acumulador a través del compresor para proporcionar combustible a los FCV. Además, se puede utilizar en semiconductores, cristales líquidos, fundición y generación de energía.
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Transporte de hidrógeno licuado
El hidrógeno licuado es adecuado para el transporte de hidrógeno a larga distancia a gran escala. El hidrógeno licuado a -253°C puede reducir el volumen más de 800 veces y aumentar la eficiencia más de 12 veces en comparación con el transporte terrestre a alta presión. Actualmente es el método más eficiente. Dado que el costo de mantener una temperatura alta de -253 °C es alto y no favorece el almacenamiento a largo plazo, esta tecnología se desarrolló originalmente para la tecnología de aviación, pero ahora las empresas japonesas han aumentado sus avances prácticos.
El llenado de hidrógeno líquido transportable a pequeña escala generalmente adopta un diseño de vacío de doble capa, similar a nuestros termos comunes. Además, se ha añadido un revestimiento reflectante para evitar la entrada de calor exterior. El hidrógeno licuado suele enviarse en contenedores, pero también existen estaciones de trabajo móviles de hidrógeno licuado.
Iwatani Industries utiliza la teoría de la expansión térmica por fractura para producir hidrógeno licuado con una pureza del 99,9999 %. Debido a que el hidrógeno se licua a alrededor de -253 °C, se pueden eliminar otras impurezas de forma continua. En cuanto a controlar la temperatura a -253°C, Iwatani Industries utiliza el principio básico de expansión y contracción térmica. Este principio común es similar al calentamiento de neumáticos de bicicleta en verano. A medida que aumenta la temperatura del aire dentro del neumático, la presión dentro del neumático aumenta mientras que la temperatura del aire exterior disminuye. En Iwatani Industry, el nitrógeno líquido se utiliza para expandir y comprimir el hidrógeno, utilizando nitrógeno licuado a alrededor de -190°C para alcanzar los -253°C a través de una serie de otros equipos.
El coste de fabricación del nitrógeno líquido es bastante alto y la aplicación práctica de esta tecnología evoluciona constantemente y, debido al hidrógeno líquido a presión ultraalta, los requisitos para el contenedor son muy estrictos. Generalmente, la resistencia del metal disminuye por debajo de -253°C y el hidrógeno líquido también enfrenta el problema de fugas excesivas. En la actualidad, Kawasaki Heavy Industries ha logrado grandes logros en el transporte de hidrógeno líquido a larga distancia, utilizando portadores de hidrógeno líquido para transportar el hidrógeno producido por la extracción de lignito en Australia. El barco de transporte utiliza equipos de almacenamiento a presión a temperatura ultrabaja que pueden contener 2.500 metros cúbicos de hidrógeno líquido, y la fuga de carga de hidrógeno también se controla en aproximadamente un 0,09%.
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Transporte de materia orgánica
El transporte de hidrógeno mediante materia orgánica es principalmente un proceso de síntesis y escape de hidrógeno, que requiere catalizadores especiales. Chiyoda Chemical está realizando actualmente experimentos de este tipo. Mediante la reacción del gas hidrógeno con materia orgánica, el volumen se puede reducir más de 500 veces. Sin embargo, dado que actualmente se utilizan compuestos orgánicos aromáticos, el benceno, la naftaleno, el tolueno y la decalina son extremadamente estables y altamente tóxicos, por lo que los catalizadores se han convertido en una máxima prioridad. El transporte de materia orgánica es conveniente, no requiere equipos elevados y la eficiencia del transporte es al menos cinco veces mayor que el transporte terrestre tradicional de alta presión. Esta tecnología también ha llamado la atención de las empresas japonesas.
En la actualidad, la síntesis de compuestos orgánicos se concentra principalmente entre benceno y ciclohexano, naftaleno y decalina, y metilciclohexano y tolueno. Las diferentes reacciones también tienen diferentes ventajas y desventajas. Algunas son sólidas y otras líquidas a temperatura y presión normales. El principal método de transporte es la reacción química con tolueno donde se produce hidrógeno, luego se transporta en forma de materia orgánica y finalmente se deshidrogena. Entre ellos, el catalizador se puede reciclar y, si se tienen en cuenta las reacciones exotérmicas y endotérmicas, también se puede utilizar por completo para la calefacción doméstica.
Además de utilizar materia orgánica, HyGrid también está considerando convertir el hidrógeno en combustibles químicos, como el amoníaco, para el transporte. El amoníaco se puede electrolizar directamente para producir hidrógeno, pero ese no es el objetivo de las empresas japonesas. Creen que el amoníaco es más cómodo de transportar que el hidrógeno. El desarrollo energético cooperativo en el extranjero puede producir oxígeno y amoníaco mediante la reacción del agua y el nitrógeno para almacenar el exceso de calor y electricidad. El amoníaco se produce y se envía a China, donde se produce hidrógeno mediante métodos más pesados, como la electrólisis.
Se puede decir que Japón ya cuenta con casos reales y empresas transportando hidrógeno. En lo que respecta a los métodos actuales de transporte de hidrógeno, las tecnologías de materia orgánica, amoníaco e hidrógeno licuado desarrolladas en el país están destinadas principalmente a la utilización y el desarrollo de energía en el extranjero. Esto puede reflejar la intensa presión que enfrenta Japón sobre los combustibles fósiles. Ya sea el transporte o la producción de hidrógeno, el principal problema actual de Japón es reducir el costo del combustible de hidrógeno.
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