El DOE otorga 34 millones de dólares a 19 proyectos para promover el hidrógeno limpio

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) otorgó casi $34 millones a 19 proyectos de investigación liderados por industrias y universidades que promoverán soluciones tecnológicas para hacer del hidrógeno limpio un combustible más disponible y asequible para la generación de electricidad, la descarbonización industrial y el transporte.

Los proyectos son selecciones adicionales para la oportunidad de financiación de 160 millones de dólares DE-FOA-0002400, anunciada en enero de 2021 (publicación anterior).

El Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (NETL) del DOE, bajo la supervisión de la Oficina de Gestión de Energía Fósil y Carbono (FECM) del DOE, gestionará los proyectos seleccionados. Los proyectos se centrarán en:

Desarrollar tecnologías que podrían ayudar a producir hidrógeno limpio a menor costo y con menos energía;

Explorar formas de producir hidrógeno utilizando biomasa, aguas efluentes del desarrollo y producción de petróleo y gas natural, y otros desechos; y

Ampliar las opciones para el transporte y almacenamiento de hidrógeno seguro y eficiente en todo el país.

Las selecciones adicionales para el anuncio de oportunidad de financiamiento 2400: Producción, almacenamiento, transporte y utilización limpios de hidrógeno para permitir una economía neta de carbono cero (Ronda 3) incluyen:

Área de interés 4: Separación de aire avanzada para la producción de H2 de bajo costo mediante gasificación modular

Un sistema modular avanzado de separación de aire redox para una producción rentable y neta de hidrógeno: la Universidad Estatal de Carolina del Norte tiene la intención de desarrollar una unidad modular de separación de aire (REM-ASU) basada en redox y diseñada radicalmente con reducciones significativas en el costo de capital y el consumo de energía. para la generación de oxígeno en comparación con las tecnologías de separación de aire de última generación. El equipo propone: (1) desarrollar sorbentes de oxígeno avanzados resistentes al vapor con más del 2% en peso de capacidad de oxígeno y alta actividad para la generación eficiente de oxígeno sin un paso de desorción al vacío; (2) demostrar el sistema REM-ASU en un banco de pruebas de 20 kilogramos por día para validar la robustez del sorbente y el rendimiento del proceso; y (3) diseñar el REM-ASU para su integración con un gasificador de biomasa modular de 5 a 10 megavatios con más del 35 % de energía y una reducción de costos para una generación de oxígeno de más del 98 % en comparación con los ASU convencionales.

Financiamiento del DOE: $1,249,960; Financiamiento ajeno al DOE: $313,051; Valor Total: $1,563,011

Optimización y ampliación de membranas de tamiz molecular con un rendimiento récord en separación de aire: Osmoses Inc. planea desarrollar un novedoso sistema de membrana a partir de una composición polimérica patentada de Osmoses que puede producir oxígeno enriquecido a partir del aire para integrarlo en sistemas modulares de gasificación para hidrógeno de bajo costo. producción. Además de ayudar a la nación a alcanzar objetivos ambiciosos de neutralidad de carbono, el desarrollo y la implementación de la tecnología propuesta pueden ayudar a reducir el costo y las emisiones de la producción de hidrógeno para mitigar los efectos del cambio climático y al mismo tiempo crear nuevos empleos y revitalizar nuestra economía.

Financiamiento del DOE: $1,249,997; Financiamiento ajeno al DOE: $312,516; Valor Total: $1,562,513

Unidad integrada de oxígeno para la conversión modular de biomasa a hidrógeno: Palo Alto Research Center Inc., en colaboración con SIMACRO y PCI Gases, tiene la intención de desarrollar un absorbente de oxígeno reversible rápido y de alta capacidad que permita una unidad integrada de oxígeno para la conversión modular de biomasa a hidrógeno. Si tiene éxito, este proyecto demostrará el potencial de una ASU modular a pequeña escala para producir energía limpia y libre de carbono a partir de biomasa local, brindando a las comunidades una alternativa a los camiones o tuberías que transfieren hidrógeno. Este éxito también proporcionaría una ruta para impulsar la diversificación y la resiliencia energética y llevar la economía de energía limpia y empleos a comunidades rurales e históricamente desfavorecidas.

Financiamiento del DOE: $1,249,999; Financiamiento ajeno al DOE: $312,500; Valor Total: $1,562,499

Módulos de separación de aire mediados electroquímicamente: el Centro de Investigación de Tecnologías Raytheon, en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de California Irvine y la Universidad de California Davis, planea investigar, desarrollar y demostrar un sistema rentable y energéticamente eficiente. Proceso limpio y escalable para separar el oxígeno del aire que se basa en especies redox solubles para capturar oxígeno y liberarlo en una corriente de oxígeno con una pureza superior al 99 %. El proyecto definirá métricas de rendimiento clave para moléculas candidatas de captura de oxígeno activadas electroquímicamente, evaluará computacionalmente aproximadamente 106 complejos de metales de transición frente a estas métricas, proporcionará datos experimentales fundamentales sobre un subconjunto de materiales, generará datos de reactores de subescala de prueba de concepto en al menos un material. establecer, proporcionar conceptos de diseño apropiados para la ampliación y realizar análisis tecnoeconómicos para evaluar el estado y el potencial de esta tecnología en comparación con los enfoques convencionales de separación de aire.

Financiamiento del DOE: $1,249,958; Financiamiento ajeno al DOE: $312,490; Valor Total: $1,562,448

Membranas de tamiz molecular de carbono con estructuras y químicas jerárquicas para la separación de O2/N2: la Universidad Estatal de Nueva York, en nombre de la Universidad de Buffalo, tiene la intención de desarrollar membranas compuestas de fibra hueca de tamiz molecular de carbono con estructuras y químicas jerárquicas para la producción de oxígeno a partir del aire, lo que permite una baja -Coste producción modular de hidrógeno a partir de biomasas o residuos. El equipo tiene la intención de abordar el requisito de avanzar en la separación modular del aire para respaldar la producción modular de hidrógeno basada en gasificación. Si se desarrolla con éxito, la tecnología produciría oxígeno a un costo menor que la separación de aire criogénica a pequeña escala y beneficiaría a los pequeños sistemas de energía modulares.

Financiamiento del DOE: $1,250,000; Financiamiento ajeno al DOE: $500,000; Valor Total: $1,750,000

Generación de oxígeno de alta pureza a través de RPSA estructurado modular: Susteon Inc. planea desarrollar un proceso que produzca oxígeno de alta pureza a partir del aire a un costo significativamente menor que las tecnologías comerciales de última generación. La tecnología de proceso propuesta puede producir oxígeno con una pureza superior al 95% y un consumo de energía inferior a 230 kilovatios hora por tonelada de oxígeno, utilizando sólo 11,5 megavatios hora para formar 50 toneladas métricas de oxígeno. El equipo planea demostrar una producción continua de oxígeno a razón de 10 kg por día; ampliar los materiales adsorbentes de fibra para la fabricación de módulos de adsorción por oscilación rápida de presión; Complete más de 100 horas de pruebas cíclicas del proceso, incluida una adsorción a presión suave seguida de una ligera regeneración al vacío, para demostrar la estabilidad de múltiples ciclos con un bajo requerimiento de energía. Además, el adjudicatario tiene la intención de realizar un análisis tecnoeconómico de alta fidelidad y un análisis del ciclo de vida para desarrollar un plan de comercialización de tecnología, que implicaría obtener una estimación precisa del precio del oxígeno de alta pureza para la gasificación de biomasa relacionada.

Financiamiento del DOE: $1,250,000; Financiamiento ajeno al DOE: $312,500; Valor Total: $1,562,500

Unidad avanzada de separación de aire (ASU) para la producción de H2 de bajo costo mediante gasificación modular: TDA Research Inc. tiene la intención de desarrollar una unidad de separación de aire (ASU) modular basada en sorbentes para la producción de oxígeno para respaldar la producción de hidrógeno de bajo costo a partir de la gasificación de biomasa. y/o desechos. El equipo tiene la intención de demostrar la generación de oxígeno de alta pureza (más del 98 % en volumen, preferiblemente más del 99,5 % en volumen) a partir del aire ambiente mediante un proceso que es más compacto, más asequible y más eficiente que las ASU comparables basadas en criogénicos. El nuevo sistema de producción de oxígeno tendrá el tamaño adecuado para soportar sistemas de gasificación de 5 a 50 megavatios (30 a 300 toneladas por día de flujo de oxígeno) para la producción de hidrógeno sin emisiones de carbono, una escala en la que el sistema modular basado en sorbentes proporciona importantes reducciones de capital y costos operativos. en comparación con las tecnologías de generación de oxígeno basadas en destilación criogénica comercial/convencional.

Financiamiento del DOE: $1,250,000; Financiamiento ajeno al DOE: $312,500; Valor Total: $1,562,500

Área de interés 14a: pirólisis/descomposición de metano, conversión in situ o reforma de circuito químico cíclico

Pruebas a escala de banco y desarrollo de un reactor de bucle químico de lecho fijo para la generación de hidrógeno a partir de gas natural con captura de CO2: la Universidad Estatal de Ohio, en colaboración con Babcock y Wilcox, planea desarrollar un proceso de bucle químico de lecho fijo para producir hidrógeno a partir de gas natural con Captura in situ de dióxido de carbono utilizando un compuesto de óxido metálico mixto (MMOC) a base de hierro con el objetivo general de validar y ampliar la tecnología de lecho fijo basada en MMOC para la producción de hidrógeno y analizar su impacto tecnoeconómico. El sistema de circuito químico de lecho fijo ha sido diseñado para funcionar en tres modos de reacción que pueden ocurrir simultáneamente para la producción continua de hidrógeno: utilización de gas natural mediante la reducción de MMOC, oxidación de vapor y regeneración de aire.

Financiamiento del DOE: $1,499,238; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,874,238

Producción de H2 de menor costo y libre de CO2 mediante pirólisis de CH4 en estaño fundido: los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts pretenden emplear un novedoso enfoque de pirólisis de metano para producir hidrógeno de bajo costo que no produzca dióxido de carbono como subproducto. El enfoque aprovecha una innovación tecnológica clave: la capacidad de bombear y contener metales líquidos como el estaño líquido a temperaturas superiores a 1400 °C. Dado que el estaño es inerte tanto con respecto al carbono como al hidrógeno, se puede utilizar como fluido de transferencia de calor en un reactor de columna de burbujas de alta temperatura que no necesita un catalizador, ya que puede operar a temperaturas suficientemente altas para asegurar una conversión completa (es decir, , aproximadamente 1400 °C). El estaño líquido se puede utilizar para facilitar la eliminación continua del subproducto de carbono sólido y se puede utilizar para facilitar una técnica innovadora de recuperación de calor que hace que todo el proceso sea energéticamente eficiente.

Financiamiento del DOE: $1,500,000; Financiamiento ajeno al DOE: $375,048; Valor Total: $1,875,048

Coproducción termocatalítica de hidrógeno y productos de carbono de alto valor a partir de gas natural utilizando materiales estructurados: Susteon Inc., en colaboración con la Universidad de Stanford y la Universidad Rice, tiene la intención de desarrollar y demostrar un novedoso proceso de pirólisis termocatalítica de metano que utiliza un catalizador estructurado. para producir carbono e hidrógeno de alto valor. El catalizador estructurado consta de un metal activo soportado y proporciona la capacidad de utilizar electricidad renovable con bajas emisiones de carbono para suministrar el calor endotérmico necesario para la pirólisis del metano. Se ha realizado un extenso trabajo experimental para identificar una composición de catalizador y un diseño de proceso capaz de lograr más del 90% de conversión de metano en hidrógeno en un solo paso a temperaturas inferiores a 850 °C, lo que reduce significativamente los costos de purificación posteriores. El proceso produce simultáneamente carbono de alta calidad, principalmente nanotubos de carbono, que secuestran el carbono como sólido, evitan emisiones gaseosas y crean un producto vendible de alto valor. El proceso permite la separación eficiente de partículas sólidas de carbono, que es un desafío clave de la pirólisis de metano, y puede ayudar a compensar significativamente el costo de la producción de hidrógeno.

Financiamiento del DOE: $1,500,000; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,875,000

Pirólisis solar autocatalizadora directa de gas natural a hidrógeno y grafito de alta calidad: la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), en colaboración con Southwest Solar Technology LLC y SolGrapH Inc., planea avanzar en una nueva tecnología descubierta por investigadores de UCLA que utiliza energía solar concentrada para convertir metano en hidrógeno verde y una forma de carbono sólido de alto valor. En lugar de liberar dióxido de carbono a la atmósfera, el proceso transforma el carbono derivado del gas natural en carbono grafito estable que puede usarse para producir baterías u otros productos finales de alto valor. Este proceso, primero en su tipo, libera cero emisiones directas de dióxido de carbono al capturar el carbono que normalmente se libera y secuestrarlo en un producto valioso para su uso en el ecosistema de energía renovable. El equipo llevará a cabo una serie de experimentos a mayor escala para lograr altos rendimientos de hidrógeno y carbono grafítico en un entorno solar representativo con una insolación de 40 a 50 kilovatios para producir más de 5 kilogramos de hidrógeno por día. El equipo de UCLA cuantificará los beneficios y resultados de estos esfuerzos mediante una combinación de instrumentación detallada y verificación interna y de terceros.

Financiamiento del DOE: $1,461,772; Financiamiento ajeno al DOE: $377,848; Valor Total: $1,839,620

Área de interés 14b: Producción de hidrógeno a partir de agua producida

HALO: Recuperación de hidrógeno mediante un sistema operativo de aprendizaje AI-Arc-Plasma para agua producida: Oceanit Laboratories, Inc. planea desarrollar un sistema de producción de hidrógeno modular y móvil que utiliza tecnología de plasma para proporcionar la flexibilidad operativa necesaria para disociar el agua tóxica producida en productos finales valiosos. El sistema HALO (recuperación de hidrógeno utilizando AI-arc-plasma Learning Operational) proporciona una solución modular y escalable para lograr los objetivos simultáneos de recuperación de combustible y eliminación de aguas residuales tóxicas de la producción de petróleo y gas natural. Oceanit también aplicará inteligencia artificial avanzada para optimizar el proceso de producción de hidrógeno para aumentar la eficiencia y reducir los costos operativos mediante el uso de aguas residuales tóxicas como combustible para impulsar HALO. Para este proyecto, se diseñará, fabricará e integrará un sistema HALO a escala piloto en una unidad activa de una instalación de tratamiento de aguas residuales para medir su rendimiento e identificar otros productos finales valiosos.

Financiamiento del DOE: $5,000,000; Financiamiento ajeno al DOE: $5,000,000; Valor Total: $10,000,000

Integración de la desalinización térmica del agua producida y el reformado de metano con vapor (SMR) para la producción eficiente de hidrógeno: la Universidad de Wyoming, con sus socios Los Alamos National Laboratory e Engineering, Procurement & Construction LLC, planean demostrar la producción de hidrógeno utilizando agua producida durante la extracción de petróleo y gas por integrando la desalinización y oxidación de agua supercrítica (SCWDO) con el reformado de metano con vapor (SMR). SCWDO utiliza calor para eliminar sales, metales y moléculas orgánicas del agua y luego SMR combina esta agua pura con metano para producir hidrógeno. El equipo ha demostrado anteriormente que el proceso SCWDO, intensivo en calor, se puede acoplar al frente de un proceso SMR. Tanto SCWDO como SMR son procesos calientes, y el proyecto mostrará cómo se pueden integrar a gran escala para conservar la energía térmica, lo que permitirá la demostración en campo de una reducción de costos del 15 % con respecto a las tecnologías SMR existentes con aproximadamente una tonelada de hidrógeno por día.

Financiamiento del DOE: $4,997,749; Financiamiento ajeno al DOE: $4,999,387; Valor Total: $9,997,136

Área de interés 15: Tecnologías para permitir el transporte seguro y eficiente de hidrógeno dentro del sistema de gasoductos de EE. UU.

Evaluación de la tenacidad en entornos de gases mezclados que contienen H en aceros para tuberías de alta resistencia: la Escuela de Minas de Colorado tiene como objetivo determinar la influencia de la microestructura en las métricas de calificación de propiedades mecánicas de las tuberías revestidas de acero para entornos de gases mezclados que contienen hidrógeno. La investigación se realizará en aceros con una variedad de niveles de resistencia (por ejemplo, aceros X52 a X80) para informar la posible modificación de estos estándares para incorporar el uso de grados de resistencia más altos a presiones de hidrógeno más altas. Si tiene éxito, esta modificación permitiría importantes ahorros de costos y aumentaría la capacidad de transporte de hidrógeno manteniendo la confiabilidad. El proyecto también podría producir una lista clasificada de características críticas de aleaciones y microestructuras que se correlacionan con una mayor resistencia a la fragilización por hidrógeno en aceros para tuberías en niveles de resistencia hasta aquellos comparables a un acero para tuberías X80.

Financiamiento del DOE: $1,500,000; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,875,000

Tecnologías para permitir el transporte seguro y eficiente de hidrógeno dentro del sistema de gasoductos de gas natural de EE. UU.: Southwest Research Institute, las 20 empresas operadoras de gasoductos y 50 empresas de ingeniería y fabricación de equipos que son miembros del plan del Gas Machinery Research Council (GMRC). Desarrollar y demostrar un sistema de compresión a gran escala que combine hidrógeno y gas natural mediante la modificación y operación de un circuito de tubería de compresor alternativo existente. Este esfuerzo tiene como objetivo avanzar en múltiples tecnologías que permitan el transporte seguro de hidrógeno a corto plazo dentro del sistema de gasoductos de gas natural de EE. UU. mediante la adaptación y operación de la instalación de compresión de circuito cerrado con mezclas de hidrógeno y gas natural de hasta un 20 % de hidrógeno en volumen. Si tiene éxito, este proyecto permitirá la compresión segura y eficiente de mezclas de hidrógeno y gas natural al eliminar el riesgo de la aplicación y adaptación de estos componentes para la mezcla de hidrógeno a través de una evaluación detallada, modificación, puesta en servicio y operación en condiciones de escala completa, incluido el diseño. , construcción e integración de un patín de mezcla y prueba de un sistema de separación de hidrógeno para usos finales de alto valor.

Financiamiento del DOE: $1,500,000; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,875,000

Área de interés 16: Investigación fundamental para permitir el almacenamiento de hidrógeno subterráneo a largo plazo y en gran volumen

Desarrollo e investigación del potencial de almacenamiento subterráneo y los desafíos técnicos para el hidrógeno: el Instituto de Tecnología del Gas, cuyo nombre comercial es GTI Energy, tiene como objetivo determinar la viabilidad de utilizar los vastos yacimientos agotados de petróleo y gas de Oklahoma para permitir la transición a una infraestructura energética libre de carbono. Un resultado exitoso del proyecto proporcionaría: una afirmación de la viabilidad del almacenamiento subterráneo de hidrógeno en los yacimientos agotados de petróleo y gas y de los volúmenes, cronogramas y vías operativas potencialmente viables; aclaración de los riesgos de los proyectos, planificación de mitigación/monitoreo, planificación de fuentes de hidrógeno y transporte; análisis de requisitos contractuales y reglamentarios, evaluación de viabilidad técnica y económica y planificación del despliegue sobre el terreno; y una evaluación de la viabilidad del almacenamiento a escala comercial en una región geográfica y un entorno geológico que no se había logrado anteriormente.

Financiamiento del DOE: $1,400,000; Financiamiento ajeno al DOE: $350,000; Valor Total: $1,750,000

Estudio de recursos de la cuenca Williston para el almacenamiento de hidrógeno subterráneo a escala comercial: el Centro de Investigación Energética y Ambiental de la Universidad de Dakota del Norte planea apoyar la futura comercialización de la generación, el almacenamiento y el uso de hidrógeno mediante la evaluación del potencial de almacenamiento subterráneo seguro y de gran volumen de hidrógeno con alta recuperación de complejos geológicos de la parte de Dakota del Norte de la cuenca Williston. El equipo planea evaluar la idoneidad para el almacenamiento de hidrógeno en formaciones salinas, de petróleo y gas agotados y de sal; caracterizar y evaluar los efectos del uso y la exposición del almacenamiento de hidrógeno a largo plazo en los fluidos de formación, las rocas unitarias de almacenamiento y confinamiento y los materiales del pozo; y realizar una estimación en toda la cuenca del potencial de almacenamiento geológico de hidrógeno, incluidos los factores que informarán el rendimiento del almacenamiento y la recuperación. Este proyecto se basará en la validación de prueba de concepto con respecto a la investigación fundamental para determinar el potencial de recursos de almacenamiento de hidrógeno de las formaciones geológicas de la cuenca Williston y el progreso a través de la evaluación propuesta para respaldar el desarrollo potencial a escala de campo en fases de investigación posteriores.

Financiamiento del DOE: $1,500,000; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,875,000

Almacenamiento de hidrógeno en cavernas de sal en la cuenca del Pérmico: evaluación de la integridad del sello y prueba de campo: la Universidad de Texas en Austin tiene la intención de determinar la capacidad de sellado de hidrógeno de las cavernas de almacenamiento en lechos de sal dentro de la Formación Salado en la Cuenca del Pérmico, un importante centro energético en el Estados Unidos. El proyecto de investigación investigará las propiedades físicas de las rocas saladas en presencia de hidrógeno, los efectos de la exposición prolongada al hidrógeno en las rocas y el cemento, y el impacto de procesos acoplados inducidos geoquímica y microbianamente que podrían alterar las propiedades iniciales. El enfoque de investigación combina técnicas experimentales avanzadas y simulación numérica para flujo de fluido multifásico y geomecánica desde la escala de poros hasta la escala central, métodos geofísicos para la caracterización de la heterogeneidad vertical a escala meso y validación a través de una prueba a escala real con un pozo de inyección de hidrógeno y monitoreo de pozos en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos del DOE en Nuevo México.

Financiamiento del DOE: $1,483,488; Financiamiento ajeno al DOE: $370,873; Valor Total: $1,854,361

Evaluación del almacenamiento de hidrógeno subterráneo en los campos de gas agotados de los Apalaches: el Instituto Politécnico de Virginia y la Universidad Estatal planean establecer el potencial de almacenamiento de hidrógeno subterráneo en los campos de gas agotados de los Apalaches, que incluyen Berea, Big Lime y el fracturado Marcellus. El almacenamiento subterráneo de hidrógeno en campos de gas agotados proporcionará grandes capacidades de almacenamiento volumétrico de hidrógeno, sin la necesidad de infraestructuras masivas de almacenamiento en superficie. Estas operaciones permitirán que haya energía limpia disponible, especialmente durante períodos de escasez de oferta y alta demanda.

Financiamiento del DOE: $1,499,999; Financiamiento ajeno al DOE: $375,000; Valor Total: $1,874,999

Con las nuevas selecciones, FECM ha anunciado inversiones de más de 122 millones de dólares en 72 proyectos desde enero de 2021 para explorar métodos nuevos y limpios para producir hidrógeno y mejorar el rendimiento de las turbinas alimentadas por hidrógeno. Estos proyectos respaldan la iniciativa Hydrogen Shot del DOE, que busca reducir el costo del hidrógeno limpio en un 80 % a 1 dólar por kilogramo en una década para desarrollar nuevas vías de hidrógeno limpio en los Estados Unidos.

Publicado el 19 de agosto de 2023 en Hidrógeno, Producción de hidrógeno, Almacenamiento de hidrógeno, Antecedentes del mercado | Enlace permanente | Comentarios (0)