Redacción Mx Político.- La infraestructura de gas natural de EE. UU. es expansiva y brinda servicio para el 32 % del consumo de energía del país en 2021. Para reducir las emisiones del servicio de gas natural, mezclar hidrógeno en las tuberías de gas natural podría resultar una vía prometedora y rentable. No solo usaría la infraestructura de gas natural existente, sino que también serviría a usuarios finales clave donde la electrificación no es económica.
El hidrógeno es un portador de energía que se puede producir y consumir con casi cero emisiones en varios mercados clave donde se usa gas natural en la actualidad. Mezclar hidrógeno en gasoductos de gas natural es solo uno de estos mercados, pero numerosos desafíos e incertidumbres complican este enfoque.
Un informe técnico en coautoría de investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico revisó el estado de la tecnología de mezcla de hidrógeno para proporcionar orientación para futuras investigaciones de mezcla de hidrógeno. El informe, titulado «Mezcla de hidrógeno en la infraestructura de gasoductos de gas natural: revisión del estado de la tecnología», explora los factores materiales, económicos y operativos que deben considerarse, incluidos resúmenes de estudios que desarrollaron modelos matemáticos relevantes utilizados para estudiar cómo la mezcla de hidrógeno impacta la operación de la infraestructura de transmisión y distribución de gas natural.
«El concepto de mezclar hidrógeno en gasoductos de gas natural no es nuevo y existe desde hace décadas, pero sigue habiendo grandes lagunas de conocimiento», dijo Mark Chung, líder de análisis de sistemas de hidrógeno de NREL. «Esperamos que este estudio sirva como una referencia útil para aquellos que estén considerando demostraciones de combinación o futuras áreas de investigación relacionada».
Combatir la fatiga del material
Uno de los principales desafíos con la mezcla de hidrógeno es el craqueo inducido por hidrógeno. Los metales sólidos pueden ser permeados fácilmente por el hidrógeno porque es el elemento más pequeño del universo. A medida que los átomos de hidrógeno se absorben y difunden dentro del acero de la tubería, pueden afectar las propiedades de resistencia a la fatiga y la fractura del material. Estos impactos podrían hacer que los aceros de las tuberías sean más susceptibles al agrietamiento.
El informe técnico discute la investigación necesaria para combatir este fenómeno. Si bien existen pautas de diseño para evaluar las presiones operativas adecuadas para los materiales comunes de las tuberías, se necesitan más pruebas de fatiga y fractura de aceros antiguos utilizados en el sistema de tuberías de gas natural de EE. UU. para identificar el comportamiento limitante en entornos de hidrógeno. Además, también debe evaluarse el impacto del hidrógeno en diferentes materiales y equipos, como tuberías de plástico, compresores, válvulas y otros equipos que no son tuberías, como instalaciones de almacenamiento. Por ejemplo, la presencia de hidrógeno en algunas formaciones de almacenamiento geológico podría estimular y desarrollar microorganismos subterráneos preexistentes de modo que el hidrógeno contenido se consuma para producir contaminantes de hidrógeno.
El efecto del hidrógeno sobre los microorganismos en las instalaciones de almacenamiento geológico no está bien estudiado, pero es esencial para comprender cómo garantizar la integridad de la mezcla de hidrógeno. A través del proyecto SHASTA (Evaluación, almacenamiento y aceleración de tecnología de hidrógeno subterráneo), varios laboratorios nacionales están trabajando juntos para determinar la viabilidad, seguridad y confiabilidad del almacenamiento de hidrógeno puro o mezclas de hidrógeno y gas natural en ambientes subterráneos.
Consideraciones operativas
La degradación del material de las tuberías no es el único desafío que presenta el hidrógeno. La densidad de energía del hidrógeno también presenta desafíos de transmisión de energía. Con una caída de presión fija a lo largo de un tramo de tubería, la menor energía por unidad de volumen del hidrógeno que el gas natural reduce la capacidad de la tubería para transportar energía y es posible que no satisfaga suficientemente las demandas de energía del usuario final. El aumento de la tasa de flujo del gas mezclado con hidrógeno a través de las tuberías podría compensar la capacidad reducida, pero la energía utilizada para la compresión también debe aumentar para compensar la mayor caída de presión a lo largo de la tubería. Si lo hace, puede generar costos adicionales para el operador de la tubería y, eventualmente, para los usuarios finales.
El informe técnico resume estas consideraciones operativas para la evaluación económica de las oportunidades de mezcla de hidrógeno. Los costos de oportunidad asociados con la capacidad de transmisión de energía reducida de las mezclas de hidrógeno deben tenerse en cuenta, así como los pasos necesarios para preparar las redes de tuberías y las aplicaciones de uso final para la mezcla de hidrógeno.
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