Bombas y válvulas para la energía del hidrógeno verde
Junto con la industria metalúrgica, la industria química es la que más energía consume en Alemania, y la mayor parte de ella sigue proviniendo de combustibles fósiles. Sin embargo, esto cambiará pronto cuando al menos parte del suministro sea reemplazado por hidrógeno verde. Descubra por qué las bombas y válvulas desempeñarán un papel decisivo en la realización de este cambio para obtener bajas emisiones de carbono.
Junto con la industria metalúrgica, la industria química es la que más energía consume en Alemania, y la mayor parte de ella sigue proviniendo de combustibles fósiles. Sin embargo, esto cambiará pronto cuando al menos parte del suministro sea reemplazado por hidrógeno verde. Descubra por qué las bombas y válvulas desempeñarán un papel decisivo en la realización de este cambio para obtener bajas emisiones de carbono.
Impulso a la descarbonización en la industria
El hidrógeno verde, es decir, hidrógeno producido de forma neutra desde el punto de vista climático, adquiere cada vez más importancia como fuente de energía para la industria. Este hidrógeno no solo se puede utilizar para propulsar vehículos y almacenar energía renovable, sino que también se puede utilizar para desfosilizar las cadenas de valor de los materiales. En las refinerías, por ejemplo, el hidrógeno "gris" que se produce a partir del reformado con vapor del gas natural y que se utiliza actualmente para desulfurar los preproductos de la gasolina y el diésel podría ser sustituido gradualmente por su homólogo verde.
En la industria siderúrgica, el hidrógeno verde ya se está utilizando para la reducción directa de mineral de hierro como alternativa al proceso en horno con altas emisiones de gases de efecto invernadero, aunque hasta ahora solo en proyectos piloto.
El requisito previo para dicho cambio es el desarrollo de una economía de hidrógeno eficiente y al mismo tiempo económica, incluida la infraestructura necesaria para la producción, importación, transporte, almacenamiento y conversión del gas. Al menos esa es la teoría. En realidad, hay que tener en cuenta muchos más detalles a la hora de poner en marcha este tipo de estrategias.
Bombas y válvulas de hoy para la industria verde del futuro
Como empresa tecnológica con experiencia de ingeniería en los campos de ingeniería de procesos, petroquímica y energías renovables, KSB ha estado activa en el área de la tecnología del hidrógeno durante muchos años. Tanto su cartera de válvulas como la de bombas ya incluyen muchos productos que pueden utilizarse en todas las fases de la cadena de valor del hidrógeno. KSB también se basa en numerosos proyectos de referencia y una amplia experiencia adquirida con los productos de KSB en tecnologías de producción de hidrógeno conocidas o pilotadas, que abarcan tanto el hidrógeno azul como el verde.
Los expertos en materiales son cruciales para las aplicaciones de hidrógeno
Las aplicaciones de hidrógeno imponen grandes exigencias a los componentes utilizados. Christof Lindner, responsable de la tecnología del hidrógeno en el Área de Mercado Industrial General de KSB, explica la situación:
“Un desafío particular a la hora de implementar proyectos de hidrógeno es que los requisitos de detalle para los componentes utilizados aún varían mucho, por ejemplo, en lo que respecta a los materiales.”
En consecuencia, KSB no solo compromete su experiencia en investigación y desarrollo en los proyectos de los clientes, sino que también contribuye a los grupos de trabajo relevantes establecidos por las organizaciones de normalización (por ejemplo, CEN en Europa y DIN en Alemania).
KSB cuenta con décadas de experiencia en la industria química
Como proveedor con décadas de experiencia, KSB tiene la ventaja de estar ya muy familiarizado con los procesos utilizados en las aplicaciones de la industria química. Especialmente en lo que respecta a los procesos de conversión (por ejemplo, la producción de amoníaco) y los procesos de producción de hidrógeno gris basados en combustibles fósiles (SMR, ATR, CCS), KSB puede aprovechar sus muchos años de experiencia. Lo mismo ocurre con las válvulas que se utilizan en la electrolisis cloro-alcalina. También en este caso, numerosas empresas confían desde hace décadas en las válvulas de diafragma y las válvulas de mariposa de KSB. Sin embargo, como explica Christof Lindner: "Muchas preguntas solo se resolverán en última instancia una vez que el desarrollo esté más avanzado y se disponga de información a partir de una gran cantidad de horas de funcionamiento".
¿Cómo se pueden ampliar los procesos para la economía del hidrógeno?
Uno de los mayores desafíos en el camino hacia una economía sostenible del hidrógeno es el tamaño de los sistemas futuros. Por el momento, los electrolizadores se construyen de forma modular utilizando pequeños subsistemas. Sin embargo, la pregunta es si en el futuro prevalecerán las soluciones modulares de contenedores o los sistemas integrados a gran escala / sistemas interconectados, o tal vez incluso ambos.
Esto tendría un efecto directo en la elección de las bombas y válvulas. Mientras que los caudales con soluciones de contenedores rondan los 10 m³/h, los sistemas a gran escala (según los estudios) podrían alcanzar fácilmente los 800 m³/h. Asimismo, la presión de funcionamiento puede oscilar entre 6 y 40 bar.
Los sistemas modulares más grandes también pueden tener requisitos de control más altos para una interacción óptima de los componentes. KSB ofrece bombas de velocidad variable y válvulas de control para tales aplicaciones. En los sistemas integrados a gran escala, la fiabilidad de los componentes individuales podría desempeñar un papel aún mayor. Aquí, KSB ya ofrece sistemas de monitorización para la supervisión del funcionamiento y detección temprana.
Electrolizador de hidrógeno como solución compacta para contenedores: el caudal es de unos 10 m3/h.
Como proveedor de bombas y válvulas, no solo necesitamos una amplia gama de productos para cubrir un amplio campo de aplicaciones, sino también en particular, un conocimiento detallado de la ingeniería de sistemas, los modos de funcionamiento, los materiales y la eficiencia energética.
Christof Lindner, KSB
Productos idóneos y la experiencia necesaria para la electrolisis alcalina
Los productos de KSB cubren todas las principales tecnologías de la cadena de valor verde, incluidas varias soluciones para la electrolisis, desde la electrolisis alcalina (AEL) y la electrolisis de membrana de intercambio de protones (PEM), así como prometedoras tecnologías futuras como la electrolisis de membrana de intercambio aniónico (AEM) y la electrolisis a alta temperatura (HTEL).
Los productos empleados para hacer que los procesos sean más seguros son las bombas sin sello y las válvulas de diafragma, como las series SISTO-16 o SISTO-20, o las válvulas de mariposa, como ISORIA o la serie KE, que están hechas de material resistente a la corrosión o convenientemente revestidas. Las válvulas de retención oscilantes de las series SISTO-RSK o SISTO-RSKS con revestimientos de elastómero o recubrimientos de ECTFE, que requieren distancias de estabilización extremadamente cortas y no tienen componentes giratorios, aumentan aún más la fiabilidad y el funcionamiento continuo de los sistemas.
Las válvulas de diafragma SISTO solo tienen dos componentes que entran en contacto con el fluido que circula: el cuerpo de la válvula y el propio diafragma. El diafragma proporciona un cierre absolutamente hermético, así como un sellado hermético a la atmósfera. El exclusivo sistema de sellado de SISTO cuenta con un diafragma encerrado en el cuerpo y soportado por una espiral metálica en todas las posiciones de la válvula. Dependiendo de la aplicación, las válvulas de diafragma se pueden seleccionar con materiales de cuerpo, revestimientos y revestimientos óptimos. ¡Elegir el diafragma correcto es clave! Además de las membranas de elastómero, KSB ofrece membranas de TFM con una lámina de barrera de PVDF adicional, así como membranas de soporte de EPDM.
Las válvulas necesarias para aplicaciones criogénicas, como el transporte posterior, están cubiertas por la serie de válvulas DANAÏS de la cartera de productos de KSB. Además, los especialistas en fluidos de KSB han acumulado experiencia con válvulas para hidrógeno líquido (-253 °C) gracias a la optimización del cohete Ariane en instalaciones de prueba.
Válvula de diafragma SISTO-20 de KSB seccionada. Como se puede ver claramente, el vástago y todos los elementos operativos internos no están en contacto con el fluido.
¿Busca la bomba perfecta? ¡KSB tiene exactamente lo que necesita!
Bomba de cuerpo de voluta Magnochem con accionamiento magnético
Entre las bombas probadas en electrolisis alcalina se encuentra la bomba de cuerpo de voluta horizontal Magnochem con accionamiento magnético, disponible en diseño monobloc o eje libre de extracción trasera. "Esta bomba sin sellos se ha utilizado durante muchos años siempre que se deban bombear fluidos tóxicos, explosivos o valiosos en la industria. Es la combinación idónea para la tecnología del hidrógeno", explica Lindner.
Con su accionamiento magnético, la bomba química estandarizada está sellada herméticamente, lo que evita el riesgo de fugas. Esto juega un papel importante en la electrolisis alcalina, donde se bombea potasa cáustica que cristaliza en contacto con la atmósfera y puede ser perjudicial para la salud. Gracias a su diseño monobloc, el conjunto de bombas es idóneo para instalaciones con espacios reducidos. Conforme a la norma ISO 5199, la bomba cumple con los estándares de calidad más estrictos y está disponible en una multitud de materiales. Con su amplia gama de tamaños hidráulicos y accionamientos magnéticos, Magnochem ofrece un gran número de variantes técnicamente viables, lo que la convierte en una buena opción para las tareas más diversas en la producción de hidrógeno, y el usuario recibe una bomba con un máximo de seguridad, fiabilidad y eficiencia económica.
Bomba centrífuga de alta presión Movitec
Otra bomba adecuada para la producción de hidrógeno es la bomba centrífuga vertical de alta presión multietapa Movitec."Se utiliza, por ejemplo, para el tratamiento de aguas y la generación de presión. Está diseñada para hasta 40 bar y es muy flexible con el número de etapas y la opción de control de velocidad", dice Lindner sobre la aplicación de la bomba. El diseño compacto de Movitec es una combinación perfecta para la instalación en espacios reducidos, como en soluciones de contenedores o módulos. Incluso a caudales bajos puede generar altas presiones. Con su amplia tabla de selección, se puede adaptar perfectamente a los diferentes procesos.
La bomba en línea de alta presión Movitec está disponible en una amplia gama de variantes, siempre perfectamente adaptada a la aplicación específica.
¿La próxima gran novedad? El desarrollo posterior de la electrolisis PEM
La tecnología del hidrógeno implica algo más que la producción de hidrógeno. Otro proceso clave es el suministro suficiente de agua de refrigeración.
Las bombas de las series Etabloc y Etaline, así como las válvulas de las series ISORIA y SISTO-20, son perfectas para enfriar intercambiadores de calor. Gracias a su accionamiento de velocidad variable, las bombas impresionan por su máxima eficiencia energética. Su diseño compacto las hace flexibles y adecuadas para su instalación en soluciones de contenedores.
Pero, por supuesto, no solo existe la electrolisis alcalina. La electrolisis PEM es una tecnología mucho más reciente que ofrece las ventajas de un diseño de sistema compacto y una alta flexibilidad con cargas variables. En comparación con la electrolisis alcalina, el proceso ofrece un gran potencial para futuros desarrollos técnicos y con ahorros de costes. También tiene la gran ventaja de que no requiere el uso de ningún producto químico de riesgo.
El proceso es particularmente interesante cuando se observa el aspecto de la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables que se adaptará a la producción en masa en el futuro. ¿Y las bombas? Dejando a un lado el electrolito tóxico, las condiciones de uso en aplicaciones de PEM son similares a las de la electrolisis alcalina. Ya hoy en día, las válvulas de diafragma y las válvulas de mariposa, así como varias bombas fabricadas por KSB, se utilizan en sistemas piloto.
Los expertos en fluidos están preparados para todas las eventualidades
Los especialistas en bombas y válvulas de KSB están bien preparados para acometer las futuras tecnologías, como la electrolisis de membrana de intercambio aniónico (AEM) o la electrolisis a alta temperatura (HTEL). Los expertos ven un desafío particular en las altas temperaturas que imponen requisitos exigentes a los materiales. KSB participa en varios proyectos de investigación para probar nuevas aleaciones para válvulas y sus ventajas cuando los componentes están expuestos a tales condiciones.
Independientemente del proceso de electrolisis que se utilice en el futuro y del tamaño del sistema que resulte más adecuado, la cartera de productos de KSB cubre los requisitos más diversos. Y gracias a décadas de experiencia, KSB ofrece bombas y válvulas que se pueden ajustar al proceso para lograr la mejor eficiencia, así como la máxima seguridad y fiabilidad.
Productos utilizados
Magnochem
Bomba horizontal de voluta de arrastre magnético, sin sellado del eje, diseño “back pull-out”, según DIN EN ISO 2858 / ISO 5199, con impulsor radial, de aspiración simple, monoetapa. Disponible en versión ATEX.
Movitec
Bomba centrífuga vertical de alta presión, multicelular, diseño monobloc y cuerpo segmentado, con bridas de aspiración e impulsión de idénticos diámetros nominales en disposición in-line. Con KSB SuPremE, un motor síncrono de reluctancia sin imanes (excepto: los tamaños de motor de 0,55 kW / 0,75 kW de 1500 rpm están equipados con imanes permanentes) con clase de eficiencia IE4/IE5 según IEC TS 60034-30-2:2016, para su uso con sistema de regulación de velocidad de los modelos PumpDrive 2 o PumpDrive 2 Eco de KSB sin sensores de posición del rotor. Los puntos de fijación del motor son conformes a EN 50347. Las dimensiones de la superficie envolvente son conformes a DIN V 42673 (07-2011). Disponible en versión ATEX.
SISTO-20
Válvula de membrana conforme a DIN/EN con bridas, conexión de manguito roscado o conexión de manguito soldado, con alma en paso recto, cierre en el paso y hacia el exterior a través de una membrana con apoyo y confinada, carcasa con recubrimiento o revestimiento, indicador de posición con protección integrada del husillo, los componentes funcionales sin contacto con el fluido de operación no requieren mantenimiento.
ISORIA 10/16
Válvula de mariposa de eje centrado con extremo del eje cuadrado conforme a ISO 5211, con anillo de elastómero, palanca manual o engranaje reductor manual, actuador neumático, eléctrico o hidráulico; cuerpo anular (T1), cuerpo con orejetas de desmontaje (T2), cuerpo tipo lug (T4) o cuerpo en forma de perfil en U con cara plana (T5). Los tipos de cuerpo T2 y T4 permiten el desmontaje aguas abajo y el uso como válvula de final de línea con una contrabrida. Conexiones según EN, ASME, JIS.