1. REFORMADO DE METANOL PARA LA OBTENCION DE HIDROGENO
Las preocupaciones sobre el cambio climático global y la degradación medioambiental
resultante del uso de los combustibles fósiles como fuente primaria de energía, junto con
las inquietudes sobre la seguridad en el suministro energético, han llevado a muchos
analistas a proponer al hidrógeno como portador universal de energía para el futuro. El
uso del hidrógeno como vector energético permite el desarrollo de un amplio número de
tecnologías. En concreto, las pilas de combustible alimentadas con hidrógeno pueden
alcanzar eficiencias elevadas y presentan una gran variedad de posibles aplicaciones,
tanto móviles como estacionarias. En el caso de que las líneas de desarrollo actuales
lleguen a buen término, el hidrógeno y las pilas de combustible podrán contribuir de forma
sustancial a alcanzar los objetivos clave de las políticas energéticas (seguridad de
suministro, reducción de emisiones de CO2), especialmente en el sector transporte. Los
resultados alcanzados en los últimos años en los programas de investigación, desarrollo y
demostración han incrementado claramente el interés internacional sobre estas
tecnologías, de las que se piensa que tienen el potencial de crear un cambio de
paradigma energético, tanto en las aplicaciones de transporte como en las de generación
distribuida de potencia
HIDROGENO: El hidrogeno es un combustible secundario debido a que para su
obtención se requiere de fuentes primarias de energía acompañadas de procesos
fisicoquímicos. Las plantas que generan hidrogeno vía reformación catalítica de
hidrocarburos, entregan un hidrogeno producto, típicamente a 14.7 Kg/cm2 y a 28 °C, en
estado gaseoso. La pureza típica de diseño es de 99.99% en volumen Las impurezas son
básicamente CO, CO2 y H2O [1]
. entre sus formas de obtención tenenemos las
si
iguientes.
Reformado: es el procedimiento más usado actualmente, aproximadamente el
95% de la producción mundial. En este proceso el metano, a partir de gas natural,
reacciona con vapor de agua (reformado con vapor de agua) o con oxígeno
(reformado por oxidación parcial) o mediante una combinación de ambos
(reformado auto-térmico). En cualquiera de estos procesos el CO2 aparece como
uno de sus subproductos.
Pirólisis: consiste en la descomposición controlada de carbón o biomasa
mediante la acción de calor en ausencia de oxígeno para generar gas de síntesis
rico en hidrógeno.
Gasificación: consiste en una combustión de carbón o biomasa pobre en oxígeno
cuya posterior manipulación consigue generar hidrógeno de gran pureza.
Termólisis: proceso en el que el calor de una fuente externa como por ejemplo: la
energía solar que es capaz de extraer el hidrógeno de una molécula.
Electrolisis: proceso en el que se usa la corriente eléctrica para romper la
molécula de agua y disociar el hidrógeno y el oxígeno que contiene; se estima que
aproximadamente el 5% de la producción mundial se obtiene mediante este
método.
Fermentación: consiste en la producción de hidrógeno mediante la producción de
etanol (fermentación alcohólica) o biogás (fermentación anaerobia) a partir de
biomasa.
Fotólisis: procedimiento de carácter experimental que emplea la luz solar usando
organismos (procesos foto-biológicos) o semiconductores de diseño específico
(procesos foto-electroquímicos) para la producción de hidrógeno.

2. Del análisis del estado actual de las tecnologías de producción anteriores, sus costos y
desarrollo se deduce que, a corto plazo, el hidrógeno se seguirá produciendo a partir de
fuentes energéticas fósiles, si bien tras un periodo de transición, a medio plazo, en el que
las tecnologías renovables vayan alcanzando una cierta madurez, su producción se
basará masivamente en el empleo de fuentes renovables lo que contribuirá a un modelo
energéticamente sostenible[2]
.
Gracias a sus propiedades energéticas el hidrogeno se puede adoptar para algunas de
las siguientes aplicaciones:
En el proceso de síntesis del amoniaco o proceso Haber.
Proceso de síntesis de metanol
Procesos de hidroformilacion de olfeinas.
Hidrogenación catalítica de aceites vegetales insaturados para producir grasas
solidas comestibles
Transformación de diferentes oxidos metalicos en metales (plata, cobre, plomo,
bismuto, mercurio, molibdeno y wolframio)
También encontramos que el hidrogeno tiene algunas aplicación como reactivo:
Con el nitrógeno para producir amoniaco, con el CO y CO2 para producir
metanol.
Con hidrocarburos insaturados y aromaticos para saturar dobles enlaces.
Con hidrocarburos sulfurados para desulfurarlos produciendo sulfuro de
hidrogeno.
Para reducir productos químicos en procesos de síntesis.
Como reactivo en los procesos de hidrogenación.
VENTAJAS
 La combustión del hidrógeno con el aire es limpia, evitando así la contaminación
del medio ambiente; esto es debido a que los productos de la combustión del
hidrógeno con aire son: vapor de agua y residuos insignificantes donde la máxima
temperatura es limitada. Algunos óxidos de nitrógeno son creados a muy altas
temperaturas de combustión (2000 °C), afortunadamente, la temperatura de auto
ignición del hidrógeno es solamente de 585 °C y los productos de la combustión
son en su mayoría vapores de agua, los cuales son productos no contaminantes.
 Altas eficiencias en la utilización del combustible. El hecho de la conversión directa
del combustible a energía a través de una reacción electroquímica, hace que las
pilas de combustible puedan producir más energía con la misma cantidad de
combustible si lo comparamos con una combustión tradicional. El proceso directo
hace que las eficiencias puedan alcanzar entre 30% y 90%, dependiendo del
sistema de pila de combustible y además se puede emplear el calor adicional
producido.
 Funcionamiento silencioso. Al carecer de partes móviles, se ha estimado que el
nivel de ruido a 30 metros de una pila de combustible de tamaño medio es
únicamente de 55 decibelios. Es por ello que podrían usarsepilas de combustible
en recintos urbanos

3. DESVENTAJAS
 Como no es un combustible primario entonces se incurre en un gasto para su
obtención.
 Requiere de sistemas de almacenamiento costoso y poco desarrollado.
 Elevado gasto de energía en la licuefacción del hidrógeno.
 Elevado precio del hidrógeno puro.
 Alto peso de pilas de combustible para los prototipos actuales; Se estima que un
coche con pila de combustible cuesta un 30 % más que uno de gasolina o diesel
con prestaciones similares[1]
.
Entre las materias a partir de las que puede producirse el hidrógeno están las siguientes:
• Recursos fósiles: Derivados Del petróleo, Gas natural, Carbón.
• Recursos renovables: Agua, biomasa.
Figura 1: Procesos de producción de hidrógeno que requieren aporte de energía térmica

4. Figura 2: Procesos de producción de hidrógeno que requieren aporte de electricidad o luz
solar
HIDROGENO A APARTIR DE GAS NATURAL
Al día de hoy, la fuente principal de producción de hidrógeno industrial es el gas natural y
el método más barato el reformado con vapor de agua (SMR – “steam methane
reforming”), aunque también existen los procesos de oxidación parcial (POX) y reformado
autotérmico (ATR). El reformado de gas natural con vapor de agua es una reacción
endotérmica, que opera en unas temperaturas entre 700 y 850 ºC y presiones de 3 a 25
bar, por la que se convierten estos reactantes en hidrógeno y monóxido de carbono.
CH4 + H2O + calor CO + 3H2
Normalmente se hace reaccionar el CO con vapor de agua (reacción de desplazamiento)
para convertirlo en CO2 y obtener una producción adicional de hidrógeno.
CO + H2O CO2 + H2 + calor
El reformado con vapor de agua, en plantas centralizadas, puede alcanzar eficiencias del
85% (sin considerar la compresión del H2), ofreciendo bajos niveles de emisión y bajos
costes del hidrógeno producido.La oxidación parcial es un proceso exotérmico, en el que
el gas natural se oxida solamente hasta CO al entrar en reacción con oxígeno gas, del

5. que se obtiene una producción menor de hidrógeno por cada mol de metano que
reacciona.
CH4 + ½ O2 CO + 2H2 + calor
El reformado autotérmico es una combinación de los anteriores que se diseña de forma
que el calor excedentario de la oxidación parcial se utiliza para abastecer las necesidades
del reformado con vapor. La planta se dimensiona de modo que el proceso global sea
ligeramente exotérmico. La temperatura de salida del reactor se sitúa entre 950 y 1100 ºC,
y la presión del gas puede alcanzar 100 bar. Aunque el diseño del reactor es más
complejo que en los casos anteriores, en el futuro esta tecnología puede ofrecer altas
eficiencias en unidades pequeñas. En la figura 3 se indica la variación de los costes de
inversión de unidades de SMR en función de su capacidad de producción. Los costes de
las pequeñas unidades descentralizadas son de 3 a 4 veces mayores que las
centralizadas. Como referencia, una estación de llenado de vehículos a hidrógeno que
abasteciera a unos 300 coches por día, necesitaría una planta SMR con una capacidad
de producción de 0,04 PJ/año (según modelos de M. Mintz, 2003). Los costes de
inversión de esta planta se sitúan en torno a los 100 USD/GJ[2)
.
Figura 3: Costes de inversión de unidades SMR en función de la capacidad de producción
(No se incluye la compresión del hidrógeno - Fuente. M. Mintz, 2003)
Podemos observar un cuadro que compara las diferentes obtenciones de hidrogeno y sus
costos

6. Tabla 2: costos temperatura y contenido de la mezcla para la producción de hidrogeno
apartir del reformado de vapor de metanol.
CH3OH + H2O 3H2 + CO2 – 49.4 kJ/mole.
En el analisis del methanol tenemos las siguientes reacciones
CH3OH + H2O CO2 + 3H2(1)
CO2 + H2 CO + H2O(2)
CO + 3H2 CH4 + H2O(3)
CO + H2 C + H2O(4)
El grado de reformado de metanol, y el producto final (hidrogeno) se calcula para cada
reacción , para la reacción 1 se refiere a la máxima producción de hidrogeno deseado.
Como siguiente paso se observa un incremento en la temperatura del reactor, mientras
que el dióxido de carbono corresponde a un análisis de composición en su termodinámica
de equilibrio a la salida como subproducto. Algunos datos experimentales sugieren que el

7. reformado de metanol alcanza un 100% en un sistema catalítico; el hidrogeno de la salida
también se acerca a un 100% , sin embargo algunas muestras indican que el H2 y CO
emergentes no salen completamente separados, ya que el CO saliente no debe tener mas
del 2-3% en volumen en la mezcla.
El metanol es optimo en términos de su contenido de agua, y formación de carbón para
emplearse en catalizadores de Cu–ZnO–Cr2O3, para ser empleado en Na–X zeolite.
Un experimento adicional indica una temperatura constante de 300°C y que el modulo
catalitico empleado hace posible un flujo de reformado de vapor de 450-500/h.
El reformado de CH
4
con vapor usa generalmente catalizador de níquel y es operado
alrededor de 30 bar. Ref. “Fuel processing Technology, (julio, 1996).
Durante los últimos años ha existido un interés por el uso de la tecnología Fischer-
Tropsch
(F-T) para la conversión de gas natural a hidrocarburos líquidos, algunos factores que han
motivado dicho interés son:
• Incremento en las reservas de gas natural
• Necesidad de explotar el gas natural en regiones remotas o alejadas
• Ambientalmente se desea reducir el quemado del gas
• Las mejoras obtenidas en el costo efectivo de la tecnología F-T resultado
desarrollo de una mayor actividad del catalizador y en los diseños de
reactores.
Existen tres etapas básicas en la tecnología GTL (gas a líquidos):
 Primera etapa: Generación del Gas de Síntesis
 Segunda etapa: Producción de petróleo sintético (Conversión del Gas de
Síntesis).
 Tercera etapa: Hidroproceso (Hidrogenación del petróleo sintético).

10. Fuente: universidad de Buenos Aires facultad de ingeniería laboratorios de procesos
catalíticos.
Características del proceso:
 T = entre 750 y 850ºC
 P = 2 a 30 atm
 Catalizador: Ni/ -alúmina
 Proceso fuertemente endotérmico
Catalizadores de reformado usualmente son sólidos que contienen:
fase activa: metal u óxido que produce la ruptura C-H o C-C del HC
soporte: óxido poroso que dispersa la fase activa (y tambien participa en
reacción)[3]
figura 3: catalizadores. Fuente producción de hidrogeno a partir de hidrocarburos liquidos
y alcoholes.

11. Reactor de reformado: recipiente que permite el contacto de los reactivos con el
catalizador bajo condiciones controladas de P, Tª y composición.
ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO
Debido a su baja densidad, el hidrógeno es un gas difícil de almacenar. No obstante,
existe una gran variedad de posibilidades para su almacenamiento de forma que puede
seleccionarse la técnica más adecuada para cada aplicación. No obstante, la dificultad del
almacenamiento del hidrógeno es tal que su uso en algunas aplicaciones, como las
móviles, queda limitado hasta el momento en que se desarrollen y comercialicen sistemas
de almacenamiento convenientes en términos de peso, volumen y costes.
Almacenamiento de hidrogeno a gas: La forma más convencional de almacenamiento
del hidrógeno gas es a presión en botellas convencionales de acero o en tanques ligeros
de fibra de carbono que han demostrado su capacidad de operar a presiones de 350 bar.
En el caso de las aplicaciones de automoción, mientras que un almacenamiento a esta
presión puede ser suficiente para la operación de autobuses, para turismos se requieren
presiones más elevadas al objeto de reducir el volumen total del tanque. La solución
apunta hacia el uso de botellas de almacenamiento a 700 bar, pero todavía se encuentran
en fase de demostración. No obstante, antes de poder comenzar la producción comercial
de sistemas de almacenamiento de hidrógeno a alta presión, es necesario resolver un
conjunto de aspectos entre los que está la seguridad, la resistencia (efecto de los ciclos
de carga en la vida del tanque) y el coste, dado el alto coste actual de los tanques de
composite para alta presión y la penalización energética que supone la compresión hasta

12. estos niveles. Así mismo, el hecho de que la forma ideal sea la cilíndrica hace difícil
conformar el almacenamiento al espacio disponible en el vehículo.
Micro esferas de vidrio: Una alternativa al almacenamiento de hidrógeno gas, para
aplicaciones de automoción, lo ofrecen las microesferas de vidrio. El proceso de carga del
hidrógeno se realiza aprovechando la permeabilidad del hidrógeno a alta presión (350-700
bar) y temperaturas de 300ºC en los huecos de las microesferas en un envase resistente
a la presión. Una vez realizada la carga, el sistema se enfría hasta temperatura ambiente
de forma que el gas queda retenido en las microesferas. A esta temperatura el tanque, así
cargado, puede transferirse al vehículo. Posteriormente, para su uso, es necesario
calentar la microesferas a 200-300ºC para liberar el hidrógeno de forma controlada y
alimentar el motor o la pila de combustible.
Los principales problemas que presenta esta técnica son la baja densidad volumétrica y
las altas presiones de llenado. Así mismo, las temperaturas de liberación del hidrógeno
son demasiado altas si se considera su uso en vehículos a pila de combustible tipo PEM,
que opera entorno a 70-80ºC. No obstante, ofrecen la ventaja de ser inherentemente
seguras dado que el hidrógeno se almacena a bordo a baja presión y que es una técnica
adecuada para tanques moldeables. Se ha demostrado una densidad de almacenamiento
del 5,4 % en peso (Hydrogen Implementing Agreement – Agencia Internacional de la
Energía).
Almacenamiento hidrogeno liquido: El hidrógeno puede almacenarse en forma líquida
a temperaturas criogénicas (-253ºC). Como principal ventaja el hidrógeno líquido ofrece
su densidad energética por unidad de volumen (muy superior a la del hidrógeno gas)
incluso a relativamente bajas presiones. Sin embargo, también presenta importantes
desventajas aunque su uso en el sector automoción ya haya sido probado
por algunos fabricantes importantes (BMW). Aproximadamente, en el proceso de licuación
del hidrógeno se pierde del 30 al 40% de la energía. Además, existen pérdidas por
evaporación en los periodos en los que no se utiliza el sistema y resulta imprescindible
usar contenedores criogénicos altamente aislados.[2]