Objetivos

Herramientas para el diseño y gestión de la red 100% H₂

• Herramientas para modelado de consumos y demandas de la red de GN. No se conocen herramientas para la red 100% H₂.
• Se desconoce cómo deben de ser los sistemas de almacenamiento de H₂ en los Valles de Hidrógeno, de modo que se garantice el suministro de H₂ en todo momento.

Herramienta avanzada de optimización de diseño y operación de la red de distribución de hidrógeno gas incluyendo la casación entre la oferta y la demanda. Esta herramienta contemplará la inyección, conducción, compresión, almacenamiento y consumo de H₂ gas. Disponer de esta herramienta permitirá el diseño de redes de distribución de 100% H₂ optimizadas, garantizando en todo momento la seguridad del suministro. La herramienta permitirá modelizar y testear los Valles de Hidrógeno, con las curvas de producción del electrolizador y las curvas de demanda de H₂ de los clientes, con diferentes configuraciones de sistemas de almacenamiento para cubrir los periodos transitorios, de modo que se puedan definir tamaños, tecnologías y ubicaciones óptimas que garanticen la seguridad de suministro.

Integridad Estructural

• Red de distribución GN+‹20%H₂: conocimiento del comportamiento de materiales, componentes y equipos que forman parte de la red de GN y hasta 20% H₂. No existe suficiente conocimiento en hidrogeno 100%, sobre todo márgenes de seguridad y tamaños de defectos que la infraestructura puede tolerar, ni el nivel de conservatismo (márgenes de seguridad) que otorgan las normas de diseño a través de la utilización de factores de seguridad.
• No se conocen herramientas de simulación numérica para evaluar la compatibilidad de materiales con 100% H₂.

• Mayor conocimiento del fenómeno de fragilización y agrietamiento por hidrógeno y su relación con la microestructura y propiedades mecánicas de materiales y componentes de la red.
• Autoclave dinámico para evaluación de tolerancia al daño de componentes de la red de distribución operando con 100% H₂.
• Herramienta avanzada de simulación numérica para evaluar cargas de rotura y márgenes de seguridad en componentes en ambientes con H₂.

Tubería de conducción 100% H₂

• Falta comprender mejor los mecanismos y mitigar los efectos de la fragilización por hidrógeno (HE) en aceros para tuberías para distribución de hidrógeno puro, con el objetivo de disponer de una infraestructura segura y evitar fallos inesperados bajo cargas inferiores a las de diseño.
• Los aceros modernos, como el tubo X42 optimizado con una composición química y tratamiento térmico específicos podrían ser una alternativa. Sin embargo, falta conocimiento sobre cómo la composición química y los tratamientos térmicos afectan la microestructura de estos aceros y su resistencia a la fragilización por hidrógeno.

• Mayor conocimiento del fenómeno de fragilización y agrietamiento por hidrógeno y su relación con la microestructura y propiedades mecánicas.
• A través de estudios termodinámicos, ensayos mecánicos y caracterización microestructural exhaustiva, se generará el conocimiento necesario y crucial para comprender la relación entre microestructura, tratamiento térmico y el efecto sobre las fases presentes en el material. Esto permitirá desarrollar tecnología de materiales avanzados de mayor resistencia a la fragilización y con una paralela reducción de costes y pesos.
• Nuevo tubo X42 con composición química y tratamiento térmico optimizado para conducción de 100% hidrogeno hasta 160 bar de presión a un precio competitivo.

Compresor 100% H₂

• Compresores convencionales.
• Detección de fugas convencional (‹20% H₂)
• Compresores sin “contenerizar”.

• Compresor oil-free.
• Implementación de cárter presurizado: nuevo diseño reforzado y sellado de las paredes del cárter para brindar una mayor resistencia y estabilidad estructural bajo altas presiones.
• Desarrollo de acoplamiento magnético: Este componente asegura una hermeticidad total, eliminando cualquier posibilidad de fugas en el sistema. Esta tecnología va más allá de los métodos tradicionales de sellado, marcando un avance significativo.
• Sistema de seguridad en zonas explosivas: integración de sistemas avanzados de monitoreo y detección para identificar desviaciones en la presión o temperatura del gas demuestra una preocupación por la seguridad en entornos críticos.
• Contenerización: soluciones de compresión dentro de un contenedor en una zona clasificada, dilución y ventilación del contenedor, calcular fuentes de escape, montaje y anclajes.
• Compresor 100% H₂ que permitirá demostrar la capacidad de compresión de 4 bar y hasta 30-33 bar, dentro del rango de caudal de H ₂ entre 10-15 Nm³/h.

Caldera 100% H₂

• Kit de conversión de caldera hasta 20% H₂.
• Única empresa calderista publicitando una caldera 100%H2 (BAXI). Desconocimiento del sistema empleado y las prestaciones alcanzadas por dicha caldera.
• Muy limitada información sobre soluciones de la competencia. En principio, sistemas basados en tecnología de combustión de pre-mezcla así como en sensores de seguridad UV.
• Elevado CAPEX y OPEX.

• Nuevo Kit de conversión de una caldera con sistema de combustión BeeEngine a 100% H₂.
• Menor CAPEX: El coste del sistema a desarrollar y validar será inferior al de nuestros clientes, con una estimación de ahorro de un 20%.
• Menor OPEX: Dada la simplicidad del sistema a desarrollar y validar, tanto en tipología como en cantidad de sensórica necesaria para garantizar un correcto funcionamiento de la caldera 100% H₂, el mantenimiento que se estima necesario supondrá un ahorro de un 30% para el usuario final (la operación de mantenimiento del sistema se simplifica, acortándose así su duración + el coste de los componentes disminuye al tratarse de sensórica menos costosa).

Transmisor de H₂

• Sensor catalítico con limitaciones importantes, como el envenenamiento catalítico con sustancias capaces de inhibir la detección e incluso llegar a deteriorar el sensor (Tipo I).
• Limitaciones en la señal de detección. A partir de una cierta concentración H₂ por encima del LIE (límite inferior de explosividad)) se aprecia una disminución de la señal de detección. Esta lectura errónea, puede interpretarse como una ausencia total de gas combustible, cuando en la práctica puede tratarse de una atmósfera potencialmente peligrosa. (Tipo II).

• Nuevos desarrollos capaces de sobrepasar los límites de la tecnología imperante actual (catalítica).
• Especificidad, detectores capaces de discriminar y detectar H₂ en específico, ya que los sensores catalíticos reaccionan a multitud de compuestos ocasionando por falsas alarmas.
• Desarrollo de un sensor con tecnología MPS (Molecular Property Spectrometer, Tipo I).
• Detección a altas concentraciones por encima del 100% LIE (pudiendo incluso llegar al 100 % v/v) y en ambientes con ausencia de O₂ mediante sensores de conductividad térmica (Tipo II).
• En ambos casos se pretende evitar el envenenamiento (deterioro) como no de las limitaciones principales de la tecnología catalítica.

Metodologías avanzadas para la transición al uso de H₂ en la descarbonización industrial

• Existen algunas investigaciones y ejemplos de aplicación en casos reales para determinados sectores, pero aún se necesita más desarrollo y pruebas para avanzar hacia una aplicación más generalizada y efectiva.
• Análisis prospectivo para la identificación del potencial de H₂ para la descarbonización del sector industrial es un tema de investigación emergente. Hay algunos estudios y proyectos piloto que están explorando las opciones de tecnologías de descarbonización, pero aún se necesita más investigación y pruebas en el mundo real para determinar el papel especifico de las tecnologías asociadas al H₂.

• Los desarrollos se validarán mediante un caso de estudio sobre el sistema energético regional de Euskadi (CALCINOR), con especial hincapié en la descarbonización del sector industrial y el papel del H₂.
• Desarrollo de modelos prospectivos ad-hoc y de las hojas de ruta de descarbonización industrial donde se evalúa el papel del H₂.

Red de distribución 100% H₂

• Redes de distribución y transporte de blending ( gas natural con <20% H₂).
• Demostrador de distribución de gas natural hasta 20% de H₂ (H2SAREA) y Demostrador ‘Full Scale Test Setup’ de la European Pipeline Research Group (EPRG) – > sistema que no permite el flujo continuo de fluidos a través del autoclave.

Diseño de redes de distribución

• Falta de información de configuraciones que optimicen su funcionamiento y operación en seguridad.
• Información incipiente de sistemas de medición, pero se desconoce qué sistemas son mejores desde un punto de vista técnico-económico según la presión y caudal de medición.
• No se ha estudiado la tipología de juntas que pueden instalarse en las uniones bridadas de las redes de hidrógeno.

• Solución H2BIDEA: Red de distribución de hidrógeno gas 100% integrando aspectos clave como la conducción, compresión y almacenamiento localizado, medición, configuraciones y seguridad y operatividad.
• Demostrador H₂TestLab para la evaluación de desarrollos en condiciones reales de operación (hasta 30 bar con 100% H₂) con integración de un autoclave dinámico para 100% H₂.
• Red de distribución 100% H2:
• Realización de una campaña experimental en el demostrador H₂TESTLAB para conocer el comportamiento de la red y sus elementos al operar con 100% H₂ cuando este es almacenado y reinyectado en la red de distribución para casar oferta y demanda.
• Los datos obtenidos en estos experimentos permitirán la validación de la herramienta software desarrollada.
• Investigar y testear diferentes configuraciones de red de distribución, para poder garantizar la correcta operación de ésta.
• Investigar y probar diferentes configuraciones de instalaciones receptoras, con el fin de poder definir una configuración tipo, con sus sistemas de seguridad y sistemas de medición y regulación asociados.
• Investigar el diseño de redes de distribución de hidrógeno de modo que se puedan seccionar y realizar operaciones en vacío.

Marcos normativos y procedimientos de la red de distribución 100% H₂

• No existe normativa ni regulación qué determine la configuración de las instalaciones de clientes y cómo realizar la medición de su consumo.
• No existe normativa para la construcción de instalaciones receptoras de clientes.
• Los procedimientos no permiten realizar ciertas operaciones cuando la red está en carga.
• No se dispone de procedimientos ni equipamiento y accesorios específicos para realizar operaciones en carga de redes que estén distribuyendo 100% H₂.

• Investigar y testear los diferentes procedimientos de operación de redes de distribución de 100% H₂ para poder trabajar en seguridad (H2TestLab).
• Investigar las regulaciones y normativas aplicables a las operaciones de Hot Tap en líneas de hidrógeno.