Sobre separação e purificação de hidrogénio por permeação em membranas, e a ideia de se usar pipelines de gás natural existentes para transporte de H2

 

Uma opção mais económica para o transporte de hidrogénio, especialmente na fase de desenvolvimento do mercado, é injetar hidrogéno nos gasodutos existentes [30], já que os gasodutos globais são bem construídos e distribuídos (> 2,7 milhões de quilômetros em 2016) [ 31]. No entanto, como os gasodutos tradicionais são geralmente feitos de aço inoxidável ferrítico (SS) [32], plástico e ferro fundido [33], a concentração de injeção de hidrogênio sugerida em gasodutos é de 6% a 10% (v/v) até 40 bar de pressão na tubagem [34,35] para minimizar os riscos de ignição, problemas de fuga e fadiga dos materiais [30,36].

A mistura hidrogénio/gás natural, também chamada de gás natural enriquecido com hidrogénio (HENG), pode ser utilizada diretamente para geração de energia [30] e em eletrodomésticos [37]. No entanto, o aumento do fração de hidrogénio na corrente de gás natural diminuirá o poder calorífico da mistura de gases [38]. Na verdade, o HENG poderá ser usado como eluente para transportar hidrogénio dos locais de produção para os usuários finais de energia renovável se as tecnologias para purificação de hidrogénio contido no HENG estiverem em vigor.

(...) O desenvolvimento de tecnologias de membrana na purificação de hidrogênio tem-se baseado em materiais de membrana polimérica convencionais e membranas de paládio. Embora vários materiais usáveis como membrana tenham sido introduzidos para a separação de H2/CH4, há muito poucos módulos de membrana introduzidos na prática, como a solução Vaporsep-H2™ desenvolvida pela Membrane Technology and Research (EUA) [177] e a tecnologia Micro-Channel™ desenvolvida pela Power e Energy Inc. (EUA) [81]. Além da falta de tecnologia para apoiar a produção de grandes membranas livres de defeitos, (...) a falta de estudos em escala piloto é outro grande obstáculo para a comercialização de materiais avançados em membranas. Portanto, é recomendada mais investigação em estudos de membranas à escala piloto.

(...) O custo da separação de H2 de 10/90 (v/v) H2/CH4 a 20 bar e 80% de recuperação foi estimado em 3,3–8,3 USD /kg de H2 usando a tecnologia de pressure swing adsorption (PSA) [não membranar] [30]. A meta de custo proposta é de 1,5 USD/kg de H2 [84]. No entanto, há falta de estudos técnico-económicos sobre a recuperação de hidrogênio do HENG usando tecnologias de membrana.

(...) A maioria dos estudos de laboratório sobre membranas de purificação de hidrogénio focou o desempenho de separação de H2 e CH4 puro a baixas pressões de operação e alguns em misturas de H2/CH4. No mundo real, membranas para recuperação de hidrogénio de HENG podem conter diversas impurezas e altas pressões (68 bar e temperatura ambiente). Assim, urge investigar o desempenho de membranas candidatas em condições reais de HENG, particularmente em estudos piloto.

Fonte: Lu, H.T., Li, W., Miandoab, E.S. et al. The opportunity of membrane technology for hydrogen purification in the power to hydrogen (P2H) roadmap: a review. Front. Chem. Sci. Eng. 15 (2021)  464–482.