La Universidad de Vigo albergará la primera planta piloto totalmente instrumentada para la investigación exhaustiva de la combustión de hidrógeno puro. El proyecto surge del Grupo de Tecnología Energética GTE, un equipo puntero formado actualmente por medio centenar de investigadores con diferentes líneas de trabajo, unidos por un eje común: la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles, adscrito al Centro de Investigación en Tecnologías, Energía y Procesos Industriales, Cintecx.
En un contexto global donde la descarbonización industrial es un objetivo prioritario, el hidrógeno se presenta como un combustible “clave y prometedor” para sustituir a los combustibles fósiles en procesos que requieren temperaturas medias y altas, dadas las limitaciones de las bombas de calor y los problemas de electrificación total que se encuentran, tanto desde el punto de vista de la ineficiencia en términos de conversión energética como de los problemas de estabilidad de la red y la necesidad de grandes inversiones en infraestructuras.
La puesta en marcha de esta planta piloto es uno de los ejes centrales del proyecto Desarrollo de estrategias avanzadas para la combustión eficiente de hidrógeno puro para aplicaciones a escala real, financiado con 218.750 euros por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades dentro de la convocatoria de Proyectos de Generación de Conocimiento 2023. “En estos momentos estamos trabajando en Cintecx, en los laboratorios donde ya tenemos la caldera instalada, pero la idea es poder hacer algo más grande, aunque de momento, todavía no está finalizado”, explica el profesor José Luis Míguez Tabarés, coordinador general del grupo GTE.
Tres años de trabajo por delante
Comenzaron el pasado mes de septiembre y tienen por delante tres años de trabajo, hasta el 31 de agosto de 2027. El proyecto se estructura en torno a dos ejes fundamentales. En primer lugar, se realizará un análisis detallado de la caldera comercial de hidrógeno puro desarrollada por la empresa Ferroli que ya tienen instalada en el laboratorio, un sistema pionero que ya forma parte del equipamiento del grupo GTE. Esta investigación permitirá, según explicaron sus responsables, evaluar su funcionamiento en condiciones reales de operación, así como caracterizar su eficiencia y estabilidad en la combustión.
En segundo lugar, se diseñará y construirá la planta piloto, un sistema experimental que permitirá el control preciso de variables clave y la caracterización avanzada de los fenómenos de combustión. “Hasta la fecha, la mayoría de los estudios en este campo se han centrado en mezclas de hidrógeno con hidrocarburos, por lo que el análisis de la combustión de hidrógeno puro a esta escala y con este nivel de sensorización supone una aportación significativa a este campo”, subraya Míguez Tabarés.
Entrando en detalle, uno de los principales objetivos de la planta piloto será el análisis experimental y numérico de la combustión de hidrógeno puro y el estudio de diferentes diseños de boquillas para mejorar la estabilidad de la llama y la eficiencia del proceso. La combustión de hidrógeno presenta desafíos específicos, como el retroceso o su alta temperatura, que pueden influir en la generación de óxidos de nitrógeno (NOx) térmicos. Para abordar estos desafíos, la investigación también explorará soluciones innovadoras, como la combustión en medios porosos. “Esta técnica modifica el mecanismo predominante de transferencia de calor, que en las calderas de hidrógeno es principalmente convectivo, convirtiéndolo en un proceso dominado por la radiación”, explican los investigadores. El medio poroso también proporciona una alta inercia térmica en la región de la llama, lo que mejora significativamente su estabilidad. “Además, genera una combustión más homogénea, reduciendo las temperaturas máximas de llama y disminuyendo la formación de NOx térmicos”.
“Datos empíricos valiosos” para su futura implantación a gran escala
El impacto esperado de este proyecto en la generación de conocimiento científico-técnico en el campo de la combustión del hidrógeno es significativo. «El desarrollo de una planta piloto para la combustión de hidrógeno a escala aplicada supone una novedad en sí misma y proporcionará valiosos datos empíricos, así como información detallada del proceso a escala macroscópica», subrayan los responsables del proyecto, un equipo encabezado por Míguez Tabarés y, en este caso, completado por Jacobo Porteiro Fresco, David Patiño Vilas, Amanda Franco Sardinha, Marta María Caride Pérez y Sergio Chapela López.
Estos datos empíricos incluyen la comprensión de los desafíos prácticos, la dinámica operacional de la combustión de hidrógeno en condiciones reales y consideraciones de seguridad, que son aspectos fundamentales para la escalabilidad de esta tecnología y su implementación a gran escala.
Además, la creación de submodelos diseñados específicamente para la combustión de hidrógeno constituye un avance significativo en las capacidades predictivas de las tecnologías de simulación. Estos modelos permitirán un análisis más preciso y detallado del proceso de combustión, la transferencia de calor y las características de emisión de una manera computacionalmente eficiente. “Asimismo, facilitará la optimización del diseño de quemadores y otros equipos, mejorando su eficiencia y reduciendo su impacto ambiental”.
Red de colaboración internacional
La dirección del grupo destaca que, dada la relevancia actual de este tema, el esfuerzo por mantener y establecer colaboraciones internacionales con otros centros de investigación que trabajan en líneas similares es constante. Este enfoque colaborativo busca aprovechar la experiencia y los recursos de múltiples entidades de investigación, promoviendo un esfuerzo global para abordar los desafíos relacionados con el uso del hidrógeno como combustible en calderas. “Nuestra actual red de colaboración y participación en comités internacionales nos proporciona el entorno adecuado para fortalecer esta línea de investigación”, enfatiza el responsable del grupo.