PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE CICLOS TERMOQUÍMICOS USANDO ENERGÍA NUCLEAR

Abstract

Existe un amplio consenso en la comunidad científica sobre las graves consecuencias que ten- dría un calentamiento global de 1,5 ¿C respecto a niveles preindustriales. El principal causante de esta crisis son las emisiones de efecto invernadero, procedentes mayoritariamente de los diferentes usos de la energía. En este aspecto, la IEA y la ONU han pedido a los gobiernos redoblar los esfuerzos para reducir las emisiones. El hidrógeno es un interesante vector energético que puede ayudar a suplir la intermitencia de las energías renovables, claves para lograr los objetivos climáticos. El hidrógeno no es una energía primaria sino que necesita ser producido a partir de otro tipo de energía, por ejemplo, mediante ciclos termoquímicos usando energía nuclear. El objetivo del presente Trabajo de Fin de Grado es el diseño y optimización de un proceso de producción de hidrógeno de este tipo. Para optimizar las condiciones de operación del reactor tubular, se realizan experimentos en el laboratorio en diferentes condiciones de operación. El criterio principal es maximizar la cantidad de hidrógeno producida por unidad de tiempo. Se han obtenido los siguientes resultados y conclusiones: 1. La caracterización del material resulta satisfactoria, con lo que los resultados obtenidos en los experimentos quedan validados. 2. Los resultados evidencian la importancia de la temperatura en la producción de hidrógeno. La mayor producción estable se logra operando de manera isoterma a 1000 ¿C para obtener (16,00±0,01) STP cm3/g de hidrógeno en 142,30 min. Si se optimiza la operación del reactor con el objetivo de maximizar el caudal (STPcm3/min), se obtiene una producción de (12,35 ± 0,01) STP cm3/g de hidrógeno en 68,00 min. 3. Para el dimensionamiento del reactor tubular a escala industrial se proponen reactores multitubulares de 2000 tubos y 5000 gramos de material por tubo, acoplados a un VHTR de 600 MWt. Si se emplea un 10 % de la energía en producir hidrógeno, será posible acoplar un total de 196 reactores multitubulares para producir 1,67 × 108 STP m3/año. 4. 5. Resumen ejecutivo El tipo de reactor nuclear a emplear debe alcanzar la temperatura de operación del reactor tubular, lo que imposibilita usar los reactores los PWR y BWR actuales. En su lugar, será necesario emplear un reactor de Generación IV, siendo los reactores VHTR los únicos capaces de alcanzar y superar los 1000¿C. El proyecto resulta viable económicamente ya que su VAN es positivo y su TIR es mayor que la tasa de descuento. Se ha logrado el objetivo de optimizar las condiciones de operación del reactor tubular y dimensionar su acoplamiento a una central nuclear. De ser construida, la planta evitaría la pro- ducción de 1,46 × 109 kg CO2 eq en sus 25 años de operación, lo que supone una reducción del 98 % respecto a la producción de hidrógeno con gas natural. Sin embargo, aunque la producción resulta rentable económicamente, deben reducirse los costes de instalación y de operación para lograr un LCOH más competitivo respecto a otras rutas de producción de hidrógeno.