Universidad de São Paulo: ya está lista la primera planta de conversión de hidrógeno de etanol del mundo

El combustible elaborado en la estación experimental alimentará a tres ómnibus urbanos que circularán por la ciudad universitaria y a uno de larga distancia con autonomía para ir y volver desde la capital paulista hasta la localidad también paulista de Piracicaba

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Durante las próximas semanas entrará en operación en el campus principal de la Universidad de São Paulo (USP), situado en la capital paulista, en Brasil, la primera estación del mundo de carga de hidrógeno renovable elaborado con etanol.

El referido anuncio estuvo a cargo del rector de la institución, Carlos Gilberto Carlotti Junior, en el marco de la apertura de la Conferencia de Investigación e Innovación en Transición Energética (ETRI) 2024, realizada por el Centro de Investigaciones para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI) entre los días 5 y 7 de noviembre.

“Estamos inaugurando ahora nuestro reformador de hidrógeno. A partir de la próxima semana [del 11/11 al 17/11], tendremos hidrógeno producido partiendo del etanol acá en nuestra universidad”, afirmó Carlotti Junior.

Este surtidor de carga es el resultado de un proyecto del RCGI, un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE, en portugués) constituido por la FAPESP y la compañía Shell en la Escuela Politécnica de la USP (Poli-USP). El RCGI es uno de los CPE financiados por la fundación paulista en asociación con empresas.

La estación producirá inicialmente 4,5 kilos (kg) de hidrógeno por hora, aproximadamente 100 kg por día. El combustible se utilizará para la carga de tres ómnibus urbanos que circularán por el campus de la USP, en São Paulo, y uno de larga distancia, con una autonomía de 450 kilómetros (km), suficiente como para ir y regresar desde la Ciudad Universitaria hasta la ciudad de Piracicaba, en el interior paulista, según lo explicó Julio Meneghini, director del RCGI, durante una visita que hicieron invitados a la planta piloto. Se utilizó uno de los autobuses para trasladar a los visitantes hasta la estación el pasado 5 de noviembre.

“Los estudios preliminares muestran que, si 18 ómnibus urbanos alimentados con gasoil que circulan por la USP fuesen reemplazados ahora por versiones alimentadas con hidrógeno, la universidad dejaría de emitir casi 3.000 toneladas anuales de CO₂ [dióxido de carbono]”, dijo Meneghini.

En el marco de proyectos realizados en el RCGI, los investigadores pretenden evaluar la eficiencia de esos ómnibus urbanos impulsados con hidrógeno. “Estaremos en condiciones de analizar los vehículos en un ciclo real. Esto es sumamente importante para su aplicación, porque en la industria automotriz, para llegar a una producción en serie de un vehículo, es necesario contar con cifras muy bien determinadas y definidas en operaciones reales”, añadió Meneghini.

Con un costo competitivo

La tecnología utilizada en la planta piloto para la conversión del hidrógeno elaborado con etanol se basa en el uso de un reactor desarrollado por la startup paulista Hytron con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP.

Dentro del aparato, denominado reformador, se calienta el etanol y el agua a 750 °C a los efectos de desencadenar reacciones químicas que resultan en la rotura de las moléculas de etanol –constituidas por átomos de carbono y de hidrógeno– y, por consiguiente, en la producción de hidrógeno y monóxido de carbono biogénico, es decir, que no es de origen fósil.

“Al comienzo de la reacción se utiliza el propio etanol para llegar a la temperatura de 750 °C. Posteriormente, se usan subproductos como el metano y el CO para mantener esa temperatura”, precisó Meneghini.

Mediante la aplicación de una tecnología desarrollada por Raízen, una de las mayores empresas brasileñas de producción de azúcar, etanol y bioenergía, fue posible integrar todo ese proceso y utilizar 7 litros de etanol para la producción de 1 kg de hidrógeno.

También se consumen 2,5 kilovatios hora (kWh) para mantener los sistemas con presión y la parte eléctrica. “Pero si analizamos todos estos números, es posible verificar que el hidrógeno producido en la estación llegará a un valor sumamente competitivo, incluso para su empleo en esos cuatro ómnibus acá en la USP”, sostuvo Meneghini.

Los gases que se producen durante las reacciones se purifican en cilindros, donde se los separa en CO (monóxido de carbono), CO₂, metano e hidrógeno: este último debe alcanzar un índice de pureza del 99,999 % para su uso tanto en los autobuses como en el automóvil Mirai, cedido por Toyota al proyecto; se trata del primer vehículo impulsado con hidrógeno del mundo comercializado a gran escala, cuyas baterías se cargan con base en la reacción química que se produce entre el hidrógeno y oxígeno en las células de combustible (fuel cell electric vehicle).

Una vez que ha sido elaborado y sale del purificador, el hidrógeno es comprimido y almacenado en tanques con una presión cercana a las 400 atmósferas. “Eso ya es suficiente para la carga de los ómnibus y del vehículo Mirai, el cual anda 120 km con 1 kg de hidrógeno [con el tanque lleno, cargado con 5 kg de hidrógeno, el automóvil tiene una autonomía de 600 km]”, comentó Meneghini.

Con la planta en plena operación, los investigadores pretenden evaluar, entre otros apartados, cuál es la cantidad de CO₂ que se emite para producir 1 kg de hidrógeno, el consumo real de los vehículos y durante cuánto tiempo en promedio es posible mantener la estación en actividad.

“Al poner en marcha y luego detener la planta, se registra una disminución muy grande de su eficiencia. Debe operar a entre un 50 % y un 100 % de su capacidad. De no hallarle un uso a todo el hidrógeno producido, deberemos eventualmente parar la planta durante algunos períodos o hacer un flair [una quema], cosa que no genera emisiones de gases de efecto invernadero, pues la combustión de hidrógeno no emite CO₂”, puntualizó Meneghini.

La emergencia climática

En su séptima edición, el objetivo de la ETRI 2024 se enfocó en el debate de los retos y las soluciones innovadoras para la mitigación de las emisiones de carbono al congregar a la academia, la industria, el gobierno y la sociedad para promover una transición energética sostenible y justa, subrayó Karen Mascarenhas, coordinadora de la conferencia.

“Más de 500 participantes, provenientes de la academia, de empresas y del gobierno, se inscribieron en el evento con el objetivo de acelerar la transición energética y disminuir las emisiones de los gases de efecto invernadero. Inspirados por la urgencia de obrar delante de los eventos climáticos extremos que vivenciamos últimamente, le llevamos a la sociedad ciencia e innovación para generar un impacto positivo y tangible”, añadió.

El presidente de la FAPESP, Marco Antonio Zago, hizo hincapié en que la institución posee un largo historial de compromiso con esta agenda, y lo ejemplificó con la financiación del RCGI y de tres programas estratégicos creados hace más de 20 años: el Programa FAPESP de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA), el Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN) y el Programa FAPESP de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales (PFPMCG). Pero a su vez ponderó que es necesario hacer más.

“Pese a esta diversidad de iniciativas, proyectos y programas actuales, esto probablemente es aún insuficiente. Debemos ser más ambiciosos y audaces. Urge incrementar la interacción y la comunicación entre estos múltiples centros de investigación e iniciativas”, subrayó.