Potencial y limitaciones del blending de hidrógeno con metano en la industria y su combustión en un quemador de hidrógeno.

Abstract

En el contexto de la descarbonización y el cambio climático, se buscan combustibles alternativos sostenibles como el hidrógeno verde y el biometano. Chile, en particular, ha impulsado iniciativas para posicionarse como un líder en la producción de hidrógeno verde, lo que motiva a investigar formas viables de implementarlo. Una de ellas es el blending, es decir, mezclar hidrógeno con otros combustibles, lo que puede modificar el comportamiento térmico y ambiental del proceso de combustión.

Este estudio analiza el efecto del blending de hidrógeno con metano, tomando como caso base la combustión de 100 % hidrógeno, y comparándola con una mezcla de 95 % hidrógeno y 5 % metano. La metodología consistió en operar un quemador de hidrógeno de premezcla a su potencia de diseño (60kW), montado en un horno isotérmico que estabiliza la temperatura del entorno de medición. El quemador se conectó a una red de termocuplas para registrar las temperaturas a diferentes puntos del horno, y se utilizó un analizador de gases para cuantificar las emisiones de la combustión, en particular los óxidos de nitrógeno (NOx). Los caudales de hidrógeno y metano fueron ajustados de manera que el poder calorífico total de la mezcla se mantuviera constante en 60kW.

Los resultados indican que, en comparación con la combustión de hidrógeno puro, la adición de un 5 % de metano aumenta la temperatura de operación en un 9 % y reduce las emisiones de NOx en un 34 %. Sin embargo, se observa que el control del exceso de aire es crucial: un flujo de aire mayor al necesario disminuye la temperatura y eleva las emisiones contaminantes. Además, se realizó una revisión normativa que confirmó que las mezclas evaluadas cumplen con la norma chilena NCh3111 para quemadores de aire forzado. No obstante, considerando las tendencias regulatorias de la Unión Europea, es probable que en el futuro se exijan límites de emisiones más estrictos.

Desde el punto de vista económico, el estudio concluye que tanto el hidrógeno verde como el biometano presentan costos considerablemente mayores respecto al uso de gas licuado de petróleo (GLP). Se estima que operar con hidrógeno verde puede ser hasta 89 veces más costoso, debido principalmente a su baja disponibilidad, logística compleja y altos costos de producción. Sin embargo, se proyecta que para 2030 el precio del hidrógeno verde podría disminuir en un 40 %, mejorando así su viabilidad industrial.

Finalmente, se propone extender el estudio a mezclas con mayores proporciones de metano (10 % y 15 %) para evaluar el impacto técnico, económico y normativo, y así determinar los límites del blending en este tipo de sistemas de combustión.