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El hidrógeno es la cabeza de todo: cómo se genera la energía de los desechos plásticos para un hotel japonés



La basura plástica se transforma de la pesadilla de cualquier ciudadano respetuoso con el medio ambiente que se respete a sí mismo en uno de los recursos para la transición a una economía del hidrógeno. Recientemente, se abrió un hotel en la ciudad industrial japonesa de Kawasaki, cuya energía proviene de botellas recicladas, bolsas e incluso cepillos de dientes utilizados por los huéspedes. Contamos cómo "Chelyabinsk japonés" llegó a esta práctica y qué papel desempeñó Toshiba en esto.

Se inventaron diferentes tipos de plásticos en el siglo XIX. En 1862, el británico Alexander Parks intentó crear un sustituto barato del marfil, el material principal de las bolas de billar. Después de mezclar nitrocelulosa, alcanfor y alcohol, calentó la sustancia resultante y luego se enfrió. Entonces apareció Parkesin, el primer plástico semisintético. En años posteriores, se inventaron otros tipos de plásticos, pero la era de su éxito comercial comenzó mucho más tarde, a mediados del siglo XX.

En 1967, la película "Graduate" se estrenó en las pantallas en los Estados Unidos. En una escena, el empresario McGuire pide una conversación confidencial entre un graduado universitario Ben (interpretado por el joven Dustin Hoffman) y dice: “Quiero decirte una palabra. Solo uno. El plastico. El plástico tiene un gran futuro. Piénsalo". El diálogo luego ingresó a las 100 mejores citas de cine según el American Film Institute. Fuente: wsinful / YouTube

De hecho, la era del plástico se produjo en la segunda mitad del siglo XX, al mismo tiempo que el rápido crecimiento del consumo masivo. Según la revista The Economist, se han producido 6.300 millones de toneladas de plástico en el planeta desde la década de 1950, de las cuales solo el 9% fueron recicladas y el 12% recicladas. ¿Donde esta el resto?

Y el resto está enterrado en el suelo o va a la deriva en los océanos. Y todavía no hay mejoras: en la década de 2010, se producían 300-400 millones de toneladas de plástico al año. Los expertos del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) señalaron en 2014: “Desafortunadamente, la economía de mercado no ha tenido en cuenta los factores ambientales externos, incluido el impacto social, ambiental y económico del plástico marino. La actual "economía plástica" se caracteriza por ser un modelo lineal de producción y consumo, en el que se genera una cantidad impredecible de desechos, lo que conduce a su total ineficiencia ".


Las principales fuentes y formas de contaminación plástica de los océanos. Es de destacar que el 40% de los residuos plásticos son envases. Fuente: “Residuos plásticos y microplásticos en los océanos. Advertencia global e investigación, llamado a la acción y guía de cambio de política ". PNUMA, 2016, Nairobi / PNUMA (2016).

Las mayores acumulaciones de plástico se encuentran en aguas costeras, especialmente en regiones con una alta densidad de población, así como en áreas de pesca intensiva y turismo costero desarrollado. Uno de ellos es Japón, y en este país la lucha contra los desechos plásticos se ha prolongado durante mucho tiempo y no sin resultado. Según la ONU, en el país del sol naciente, la tasa de utilización total de plástico es del 82%. Pero los japoneses no lograron esto de inmediato.

Chelyabinsk japonés: cómo Kawasaki se convirtió en una ciudad ecológica


Después de la Segunda Guerra Mundial, se formaron grandes zonas industriales en Japón, lo que aseguró un rápido crecimiento económico. La otra cara de la moneda fueron los crecientes problemas ambientales que no solo perjudicaron a la naturaleza, sino que también cobraron vidas. Por ejemplo, en 1950-1960. Los brotes de la enfermedad de Minamata (parálisis mortal) causados ​​por la descarga de mercurio inorgánico en los ríos por las fábricas se registraron repetidamente.

El centro de desarrollo de la industria japonesa (y los problemas ambientales relacionados) fue la zona industrial costera de Kawasaki, unas 50 empresas en un área de 100 hectáreas. En los años 1970-1980. Aquí nació un poderoso movimiento ambiental que obligó a las autoridades locales a actuar. En 1970, la ciudad firmó acuerdos de prevención de la contaminación del aire con 39 fábricas. En 1972, se estableció un centro para controlar las emisiones nocivas. En 1978, se introdujo el control automatizado de salida de óxido de nitrógeno en 32 de las plantas más grandes.

Al mismo tiempo, se desarrolló un sistema de gestión de residuos, que implica el procesamiento de la mayor parte de la basura.


Se necesitaron más de 50 años para crear y depurar un sistema de gestión de residuos en la ciudad de Kawasaki. Fuente: Instituto de Investigación Ambiental de Kawasaki

En 1997, la ciudad de Kawasaki fue elegida por el gobierno japonés como un "campo de entrenamiento" para la implementación del proyecto "Ecociudades". El programa estatal proporcionó subsidios de $ 600 millones para 24 ecociudades, así como inversión directa en 60 proyectos en estas ciudades por $ 1,6 mil millones.

Además, Kawasaki recibió de inmediato "especialización" en la reutilización de residuos. En 2004, se construyó un parque industrial (Parque Industrial de Emisiones Cero Kawasaki), con 15 empresas incluidas en el procesamiento de residuos. Las empresas de la zona industrial local se están fusionando gradualmente en una única red de consumo y distribución de materiales reciclables. Su parte será la red urbana de distribución de hidrógeno. Como trabaja ella

Fuego, agua y tuberías: cómo el plástico se convierte en energía


En 2015, Kawasaki desarrolló la Estrategia de Kawasaki sobre el hidrógeno hacia el logro de una sociedad del hidrógeno. Como parte de esto, se planea organizar las cadenas de suministro de hidrógeno (incluso del extranjero) en Kawasaki, donde este gas se procesará en energía utilizando los sistemas Toshiba.

En 2017, la estación de energía autónoma de Toshiba H2One ya comenzó a suministrar electricidad y calor a la estación de tren Musashi-Mizonokuchi en Kawasaki, de la que hablamos anteriormente en Habré . La estación genera hidrógeno a partir del agua por electrólisis, y la batería solar incorporada proporciona energía para este proceso. Luego, el hidrógeno se convierte en energía para la estación.

Pero el hidrógeno se puede obtener no solo del agua, sino también del plástico reciclado. En 2018, Toshiba equipó el hotel KAWASAKI KING SKYFRONT Tokyu REI con la instalación de H2Rex. A diferencia del H2One, no produce hidrógeno, sino que lo recibe de una fuente externa, y luego convierte el gas en electricidad y calor para el hotel.

¿Cómo se convierte el plástico en hidrógeno? Esto sucede en la fábrica de nuestro socio en estrategia de hidrógeno: Showa Denko KK. Los desechos plásticos provienen del sistema de recolección de basura de la ciudad, incluida la zona costera de Kawasaki, a través de un proceso de licitación abierta. Aquí, el plástico utilizado se descompone por gasificación térmica. En este caso, la parte orgánica de los desechos se convierte en hidrógeno y también se libera monóxido de carbono. El monóxido de carbono de este proceso se utiliza para producir productos a base de carbono, como el hielo seco. El hidrógeno se usa para producir amoníaco, va a las estaciones de servicio de hidrógeno y también se usa para generar electricidad en un hotel.


De 195 toneladas de desechos plásticos, se pueden producir 175 toneladas de amoníaco. Fuente: Showa Denko

Desde la planta de Showa Denko, el hidrógeno fluye hacia una tubería que conduce a un hotel ubicado a 5 km de la planta. La tubería proporciona un suministro de gas estable y no emite CO2 durante el transporte, como, por ejemplo, automóviles con motores de combustión interna. Usando una red de tales tuberías, es posible reducir las emisiones totales de dióxido de carbono en aproximadamente un 80% en toda la cadena en comparación con el método existente.

El gas fluye desde la tubería hasta H2Rex, el generador de hidrógeno de Toshiba. Sus celdas de combustible generan electricidad a través de reacciones electroquímicas entre el hidrógeno producido y el oxígeno de la atmósfera. El resultado es electricidad y calor.


H2Rex es inofensivo para la naturaleza. El único subproducto de la producción es el agua, que se utiliza en la operación del generador. Por cierto, los desechos plásticos del hotel (cepillos de dientes, envases, vajillas desechables) se entregan directamente a la fábrica de Showa Denko. Fuente: Toshiba Energy

Al mismo tiempo, el índice de utilización de hidrógeno alcanza el 96%. Además, el calor generado por las celdas de combustible se puede usar para calentar agua o calor.

H2Rex, a diferencia de las centrales eléctricas convencionales (por ejemplo, generadores de turbina que convierten el calor en vapor, que impulsa una turbina), no convierte la energía térmica en energía cinética, sino que la genera mediante una reacción electroquímica de hidrógeno y oxígeno atmosférico. Fuente: Toshiba Energy

Además, la estructura de la pila de combustible de Toshiba elimina la necesidad de un humidificador externo: el agua generada por el generador se utiliza para esto.

Otra característica es la baja temperatura inicial (60-70 grados) de las celdas de combustible de polímero sólido que se usan en H2Rex. Debido a esto, no necesitan calentarse demasiado para generar energía, lo que significa que la instalación se puede iniciar y detener rápidamente durante el día. Además, estos elementos son fáciles de ajustar a una carga dada, lo que los hace convenientes para su uso en industrias con un consumo de energía inestable (por ejemplo, en el sector de servicios, donde hay cargas máximas diurnas y "calma" nocturna).

¿Cuánta energía da H2Rex? Durante un año, una instalación puede proporcionar electricidad a 100 hogares (700.8 mil kW⋅h) o calentar agua para 12.1 mil bañeras (24.2 millones de litros de agua tibia).

Más allá en todas partes: ¿dónde más se producirá y utilizará la energía del hidrógeno?


Para 2050, el 20% de la electricidad en Japón se generará a partir del hidrógeno. Además, la Tierra del Sol Naciente necesitará alrededor de 80 petroleros: transportarán hidrógeno en forma líquida. Las corporaciones japonesas ya han comenzado a construir una red global para la producción y el suministro de hidrógeno como fuente de energía. En 2019, una compañía japonesa estableció una terminal de hidrógeno en Hastings (Victoria, Australia). Además de satisfacer las necesidades locales de combustible, el hidrógeno se convertirá en líquido, se vertirá en camiones cisterna y se enviará a varios países, incluido Japón.

Me pregunto qué pasará con los precios del petróleo en 2050.

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