Diseñando la descarbonización:

Párese en una de las rocas aquí en el borde del bosque y tendrá una vista completa: paneles solares que brillan al sol, un electrolizador, un compresor y tanques azules para almacenar hidrógeno junto a las instalaciones de prueba de turbinas de gas. Llamado Centro de Turbinas de Hidrógeno de Emisiones Cero, o ZEHTC (por sus siglas en inglés) para abreviar, es un vistazo al futuro energético.

Una extensión de las instalaciones de prueba de turbinas de gas de Siemens Energy en Finspång, el centro utiliza energía solar y el exceso de energía de las pruebas para producir hidrógeno. Luego, ese hidrógeno se usa a su vez para impulsar las pruebas de las turbinas de gas, creando un sistema de energía de circuito cerrado que, cuando se amplía para parques industriales o comunidades, liberaría cero emisiones de carbono a la atmósfera.

El ZEHTC es un modelo de futuras fuentes de alimentación descarbonizadas, dice Markus Jöcker, gerente de proyectos del centro y Gerente de Innovación Tecnológica de Siemens Energy. “Con esta planta de demostración, mostramos cómo las turbinas de hidrógeno y gas se pueden combinar con energías renovables para lograr un sistema de energía sostenible.”

Durante más de 100 años, la pequeña ciudad industrial de Finspång en el sureste de Suecia, con sus bosques, rocas, lagos y un castillo del siglo XVII, ha estado a la vanguardia del desarrollo y la fabricación de turbinas.

Más recientemente, por ejemplo, la empresa invirtió en su propia instalación de impresión 3D para reparaciones, fabricación en serie y desarrollo de piezas de generación de energía, incluido el desarrollo de nuevos quemadores que permiten a las turbinas de gas operar con hidrogeno.

Las turbinas de gas, con sus cortos tiempos de arranque y aplicaciones flexibles, juegan un papel crucial en la transición energética, dice Jöcker. Las tecnologías solar y eólica van a cubrir gran parte de la generación de energía. Pero debido a su volatilidad, todavía se requieren sistemas de energía alternativos, como las turbinas de gas, para equilibrar la red.

Si bien ZEHTC muestra el papel de las turbinas de gas en nuestros futuros sistemas energéticos, también va un paso más allá al usar una micro red para administrar y optimizar el almacenamiento del exceso de electricidad de sus paneles solares y las pruebas de turbinas en baterías e hidrógeno. “Estas micro redes serán cada vez más importantes cuando diferentes sistemas de energía deban trabajar juntos”, dice Jöcker.

Ahora aquí es donde las cosas realmente se ponen interesantes. Con el almacenamiento de energía renovable disponible y un sistema basado en hidrógeno, gracias a los nuevos quemadores que los investigadores han estado desarrollando, las turbinas de gas que estabilizan la red podrían funcionar con combustibles libres de carbono.

Justo detrás del ZEHTC en el gran taller de montaje azul y blanco, las turbinas se prueban minuciosamente antes de entregarlas a los clientes. Hoy se está realizando una prueba de cambio de combustible entre gas y líquido. Durante diez horas de prueba, se verifica la funcionalidad completa de una turbina SGT-750 con miles de puntos de medición.

Durante las pruebas, se alimenta una gran cantidad de electricidad a la red nacional. Pero hasta hace poco, no se podía utilizar el exceso de energía.

Este fue un cambio importante, cuando el ZEHTC entró en pleno funcionamiento a fines de 2021, dice Jöcker. La planta puede aprovechar parte del exceso de energía para producir su propio hidrógeno en el electrolizador y crear un sistema de energía en bucle.

Así es como funciona: utilizando la electricidad de los paneles solares y el exceso de energía de las pruebas de la turbina de gas para hacer funcionar el electrolizador, el agua se separa en oxígeno e hidrógeno. Luego, el hidrógeno se comprime, se almacena en tanques de almacenamiento y se acopla al centro de pruebas de turbinas de gas.

Posteriormente, las turbinas de gas funcionan con este combustible de cero emisiones producido localmente mezclado con el combustible convencional. Según las dimensiones del sistema, operaremos la turbina con hasta un 15% de hidrógeno. Sin embargo, un sistema de energía a gran escala podría operar con un mayor contenido de hidrógeno, tanto como se permita en la turbina de gas específica y dependiendo de la cantidad disponible de hidrógeno.

Todo el proceso se monitoriza desde una sala de control, mostrando los datos de los diferentes componentes en una gran pantalla. "Estamos midiendo el resultado de la producción de hidrógeno y su consumo de electricidad", dice Jöcker, "y reuniendo todo esto en diferentes modelos para extrapolar cómo podría verse en sistemas de energía más grandes".

La planta proporciona una solución que el mercado demanda cada vez más, dice Åsa Lyckström, estratega de sostenibilidad de Siemens Energy AB. “Vemos que nuestros clientes quieren descarbonizar su producción y queremos asegurarnos de que podemos guiarlos paso a paso hacia la transición energética”.

La investigación pionera en combustión de hidrógeno durante la última década en Finspång ha sentado las bases para el ZEHTC. Actualmente, la compañía está bien encaminada para alcanzar el objetivo de hacer funcionar las turbinas de gas con un 100 % de hidrógeno a más tardar en 2030. Las pruebas ya han demostrado la capacidad de aumentar gradualmente la combustión libre de carbono hasta en un 75 por ciento, lo que también incluye la mejora de las turbinas de gas existentes. Y las turbinas SGT-600 con una capacidad de 60 por ciento de hidrógeno ya se han entregado a un cliente. 

El proyecto ZEHTC, parcialmente financiado por la UE, cuenta con varios socios, incluidos los gobiernos suecos locales y regionales y las universidades de Suecia e Italia, que realizarán el modelado del proyecto e investigarán los aspectos técnicos y la optimización del centro.

Uno de los proyectos de investigación tiene que ver con la cuestión de cómo se puede ampliar el modelo, explica Åsa Lyckström: “Queremos aprender más sobre lo que se necesita para que este tipo de solución sostenible pueda abastecer a toda una comunidad, un área industrial o una ciudad.”

Y también ya hay ideas para una extensión del proyecto. Lyckström señala un espacio libre al lado de los contenedores de hidrógeno: "Definitivamente estamos interesados en trabajar con otros combustibles verdes como el amoníaco y el metanol, que en algunos casos pueden ser más fáciles de transportar que el hidrógeno y podrían ser un mejor caso comercial para algunos de nuestros clientes."

“Nuestros clientes definitivamente están buscando alternativas”, dice Markus Jöcker. Tener una infraestructura de energía con turbinas de gas, explica, es solo un paso menor para transformarla en una planta libre de combustibles fósiles mediante el uso de hidrógeno u otros combustibles ecológicos. “Como proveedor de turbinas de gas, queremos mantener todas estas puertas abiertas”. 

30 junio de 2021

Niels Anner es un periodista independiente con sede en Copenhague que escribe sobre negocios, ciencia, tecnología y sociedad en el norte de Europa.  Créditos de imágenes

 Créditos de imagen combinados: Lasse Burel