RENOVAGAS: Almacenar electricidad renovable en gas natural sintético en España

Autor: Rufino Navarro-Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)

El despliegue de las energías renovables para cumplir con  la necesaria descarbonización de los  sistemas energéticos va a necesitar incrementar la flexibilidad del sistema para ser capaz de armonizar las discrepancias entre la producción  y demanda debido a la variabilidad en la generación renovable (solar y eólica fundamentalmente).  La mejora en la flexibilidad del sistema de producción y uso de energía renovable se puede conseguir mediante la instalación de sistemas de almacenamiento de energía que puedan modular y estabilizar la red. Una de las fórmulas para el almacenamiento de los excedentes energéticos renovables con mayor capacidad y potencia de almacenamiento es mediante la generación de vectores energéticos secundarios (como el hidrógeno o el metano) que se puedan almacenar en las redes gasistas existentes. En este sentido, aparece la tecnología “Power to Gas” (PtG) que permite almacenar la electricidad convirtiéndola en hidrógeno mediante electrolisis de agua que se utiliza para producir metano sintético mediante la hidrogenación de CO₂ (ec 1) procedente de cualquier origen  (industrial, biogas,…):

El concepto “Power to Gas” abre un campo de posibilidades interesante para el almacenamiento de energías renovables y hasta ahora no había sido afrontado en España a nivel industrial. Por esta razón y con el fin de demostrar la viabilidad de la implantación de la tecnología PtG en España se ha desarrollado el proyecto RENOVAGAS.  El proyecto RENOVAGAS ha sido llevado a cabo por un consorcio de empresas y centros de investigación españoles (Enagás, FCC-Aqualia, Abengoa Hidrógeno, Gas Natural Fenosa, Tecnalia, CSIC y el Centro Nacional del hidrógeno) y financiado por el MINECO en su convocatoria Retos Colaboración de 2014. El proyecto RENOVAGAS tenía como objetivo el desarrollo y operación de una planta de producción de gas natural sintético (GNS) de 15 kW a partir de la producción electrolítica de hidrógeno mediante energías renovables y su metanación a través de la combinación con una corriente de biogás, de manera que el gas natural obtenido fuera totalmente renovable (Figura 1). Dentro de los objetivos del proyecto también se incluyen el diseño del escalado a una planta de 250 kW así como un estudio sobre la implantación de la tecnología en España.

Figura 1- Esquema producción gas natural sintético a partir del concepto “Power to Gas” (PtG)

El proyecto RENOVAGAS  comenzó su actividad en Septiembre de 2014 y ha finalizado recientemente con éxito, alcanzando el proyecto los principales hitos técnicos planteados en el mismo:

1. Optimización del proceso de producción de hidrógeno utilizando procesos electrolíticos eficientes y desarrollando un control avanzado de su integración eléctrica con fuentes variables, como son la energía solar y la eólica
2. Desarrollo de un diseño específico de un reactor de metanación (multicanales) con capacidad de operación en condiciones variables y con  transferencia de masa y de calor optimizadas
3. Desarrollo de nuevos catalizadores de metanación con  actividad, selectividad y resistencia a la desactivación superiores a los catalizadores industriales convencionales basados en Ni.

Las materializaciones resultantes  de los diferentes hitos técnicos del proyecto se han integrado en un demostrador de 15 kW eléctricos como el mostrado en la Figura 2.

Figura 2. Diseño del demostrador (15 kW) para la producción de gas sintético a partir de la metanación de biogas

El funcionamiento y operatividad del demostrador se han validado en condiciones reales en la metanación de una corriente de biogás (65% CH₄ y 35% CO₂) producido en una planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa FCC-Aqualia (Figura 3).  Los resultados en condiciones reales han confirmado la capacidad del prototipo para la producción de hasta 2Nm³/h de gas natural sintético que ha sido analizado por la empresa de transporte de gas natural, Enagás, asegurando el cumplimiento de la calidad de ese gas natural sintético con las especificaciones de la red gasista.

Figura 3. Imagen del demostrador (15kW)  instalado en la planta de tratamiento de aguas de FCC-Aqualia

A partir de los resultados experimentales obtenidos en el demostrador, se ha abordado también el diseño conceptual y la ingeniería de detalle para escalar el sistema a 250 kW y se ha hecho un estudio de prospectiva económica e implantación de la tecnología PtG en España. El proyecto RENOVAGAS ha permitido demostrar la viabilidad técnica de una tecnología de notable interés para el almacenamiento de electricidad renovable de forma flexible y modulable que permite su operación bajo condiciones variables de operación.