[Ide@s CONCYTEG 5(55): Enero, 2010]

Ávila

Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Brenda Ávila Trejo 1

Introducción

El futuro de los combustibles fósiles enfrenta una

han sido grandes impulsores en el desarrollo industrial de las economías de mercado. Sin embargo,

encrucijada. La escasez de estos combustibles, las

hay que considerar que también son responsables de

repercusiones negativas en el medio ambiente

un severo impacto nocivo al bienestar global. Por esta

producto de su consumo y la creciente demanda

razón, es necesaria la sustitución de estas actuales

energética, son las principales razones por las que se

fuentes de energía fósiles por otras que cumplan con

ha emprendido la búsqueda de nuevas alternativas

los crecientes requerimientos energéticos y que a su

energéticas. Es cierto que los combustibles fósiles

vez, respeten el bienestar del medio ambiente.

Obtuvo el título de Ingeniero Químico en la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa (2007). Actualmente estudia la maestría Economía y Gestión de la Innovación en la UAM , unidad Xochimilco. [email protected]

En la actualidad se considera al hidrógeno como

1

alternativa para cumplir con las exigencias del futuro

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y ha sido establecido como vector energético

Electrolisis nuclear a altas temperaturas : el calor

(Momirlan, 2005).

En términos de limpieza, el

de los reactores nucleares puede ser utilizado para

hidrógeno produce únicamente agua como producto

producir hidrogeno por electrolisis. Incrementando la

de combustión. Además de ser casi tres veces más

temperatura del agua, se requiere menos electricidad

eficiente en motores de combustión interna y alcanza

para disociar el hidrogeno del oxigeno.

cerca de un 95% de eficiencia en celdas de combustible (Putsche, 1999).

Reacciones fotobiológicas o fotoquímicas : estos procesos utilizan cierto tipo de microorganismos que

Las principales tecnologías para la producción de

consumen agua en presencia de luz solar y generan

hidrogeno son las siguientes:

hidrogeno como bio-producto de su proceso natural de

Reformación de hidrocarburos : el hidrogeno puede ser

producido

a

partir

de

metabolismo

(U.S

Department of

Energy

Hydrogen Program, 2007).

hidrocarburos,

principalmente metano, utilizando vapor a altas

Aún con las diversas ventajas que ofrece el

temperaturas, este proceso es llamado reformación

hidrógeno, existen limitantes tecnológicas y de

húmeda de metano. Otro proceso de reformación de

infraestructura que no permiten realizar el salto hacia

gas

es la oxidación parcial, la cual produce

una economía basada en el hidrógeno como

hidrogeno mediante la oxidación del metano con el

energético en un corto o mediano plazo. Actualmente

oxígeno del aire. Ambos procesos generan “gas de

la producción de hidrogeno tiene fines principalmente

síntesis” el cual al reaccionar con agua incrementa el

industriales. La tecnología menos costosa para

rendimiento de hidrogeno.

producir este compuesto es la reformación de metano, con este proceso se produce el 95% de hidrogeno

Gasificación: es un proceso en el cual el carbón o la

utilizado en Estados Unidos y 98% a nivel mundial.

biomasa son convertidos en componentes gaseosos

(Office of Science, U.S Department of Energy 2003).

aplicando calor y presión en presencia de vapor de agua.

El objetivo de este trabajo es analizar a los cinco países con mayor consumo de petróleo a nivel

Electrolisis renovable : utiliza electricidad para

mundial, bajo el supuesto de que los países que

disociar el agua en hidrogeno y oxígeno.

consumen más hidrocarburos serán, eventualmente, los primeros en buscar nuevas formas de energía para cubrir su demanda energética. Para ello, se utilizarán

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las patentes otorgadas en la United States Patent and

Para realizar la búsqueda de patentes se recurrió a la

Trade Office (USPTO)

Clasificación Internacional de Patentes (CIP) de la

para

la

tecnología

de

producción de hidrogeno a partir de la reformación de

OM PI,

para las tecnologías relacionadas con el interés

hidrocarburos. A continuación se presentará la

de este trabajo. Así, para las tecnologías referentes al

metodología y el análisis.

hidrógeno se encuentran clasificadas de la siguiente manera:

Metodología

C01 Química Inorgàánica

Según la Energy Information Administration2 , los cinco países con mayor consumo de petróleo son: i)

 C01B Elementos no metálicos; sus compuestos

Estados Unidos con 19.5 millones de barriles de

Hidrógeno;

isotopos

del

hidrógeno;

agua;

petróleo por día (bpd), ii) China con 7.8 millones de

hidruros................................3/00; 4/00;5/00; 6/00

bpd, iii) Japón con 4.7 millones de bpd, iv) India con 2.9 millones de bpd, v) Alemania con 2.5 millones de bpd (cuadro 1). Llama la atención el inmenso gasto de barriles de petróleo que necesita Estados Unidos

Clasificación Internacional de Patentes ( CIP) C01B 3/00

para movilizar su enorme sector industrial y en general para cubrir

su demanda

de

energía.

Ciertamente, la diferencia con los demás países de alto consumo es muy acentuada: más del doble de China, casi cuatro veces más que Japón. C01B 3/22 Cuadro 1. Consumo de barriles de petróleo por día

Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen (separación de gases por medios físicos B01D); Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a par tir de materias carbonosas sólidas C10J; purificación o modificación de la composición química de los gases combustibles que contienen monóxido de carbono C10K) A partir de la descomposición de compuestos orgánicos gaseosos o líquidos A partir de hidrocarburos Con catalizadores

Nivel de consumo de petróleo

País

Consumo en bpd

1

Estados Unidos

19, 498,000

Esta clasificación sirvió para identificar la clase C01B

2

China

7, 831, 000

3/00 en la Clasificación Internacional y encontrar los

3

Japón

4,785, 000

4

India

2, 962, 000

5

Alemania

2, 569, 000

Fuente: USPTO

Estadísticas Oficiales de Energía del Gobierno de Estados Unidos. 2

C01B 3/24 C01B 3/26

Descripción

datos desagregados para tecnologías de producción de hidrógeno por reformación de metano. Una vez encontrada esta clasificación, se construyó el query adecuado para buscar en

USPTO

las patentes de esta

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Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

tecnología en los cinco países para el periodo de 1976 a 2008.

El cuadro 2 muestra las patentes otorgadas a los cinco países de alto consumo de hidrocarburos en las tecnologías de reformación de hidrocarburos para la obtención de hidrogeno. La primera observación que se puede hacer es que el orden de los países cambia, Alemania, a pesar de ser la quinta economía que consume más petróleo, tiene el tercer lugar en la cantidad de patentes otorgadas, lo cual refleja su esfuerzo en la búsqueda de energías alternativas. Cuadro 2. Producción de patentes de reformación de metano en los 5 países con el mayor consumo mundial de combustibles fósiles Posición en cantidad de patentes

País

Número de patentes

1

Estados Unidos

80

2

Japón

27

3

Alemania

23

4

India

3

5

China

0

Fuente: USPTO

Los cuadros 3 y 4 presentan los datos desglosados para cada cuatro años del cuadro 2. En el cuadro 3 se observa que los Estados de Estados Unidos tienen la mayor cantidad de patentes de producción de hidrógeno por reformación para el periodo 19952008. De esta manera, se seleccionaron los nueve estados con mayor número de patentes, que juntos conforman las 80 patentes de Estados Unidos.

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Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Período

Massachusetts

New York

California

Texas

Connecticut

Illinois

Michigan

Pennsylvania

Washington

Cuadro 3. Patentes otorgadas para la tecnología C01B003/26 por período en Est ados Unidos

1975-1979

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1980-1984

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1985-1989

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1990-1994

0

3

1

0

0

0

0

0

0

1995-1999

0

0

2

2

1

1

0

0

0

2000-2004

4

3

3

15

7

4

5

6

5

2005-2008

0

2

1

9

0

2

2

0

2

Fuente: USPTO

Cuadro 4. Patentes otorgadas para la tecnología C01B003/26 por período para el resto de los países Período 1975-1979

China 0

Japón 0

India 0

Alemania 0

1980-1984

0

0

0

0

1985-1989

0

0

0

1

1990-1994

0

3

1

0

1995-1999

0

4

0

0

2000-2004

0

15

2

19

2005-2008

0

5

0

3

Fuente: USPTO

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Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Gráfica 1. Número de patentes de la tecnología C01B003/26 en el periodo 1975-2008

50

Número de patentes

40

Estados Unidos Alemani a Japón

30 20

India

10 0 1975-1979 1980-1984 1985-1989 1990-1994 1995-1999 2000-2004 2005-2008 Fuente: elaboración propia a partir de USPTO

Gráfica 2. Número de patentes otorgadas C01B003/26 por país, periodo de cinco años de 1975 -2008 20

Número de patentes

15 China Japón

10

India 5

0

1975-1979 1980-1984 1985-1989 1990-1994 1995-1999 2000-2004 2005-2008 Fuente: elaboración propia a partir de USPTO

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Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Podemos observar en las gráficas 1 y 2 que de 1975 a

países anteriores tiene patentes sobre producción de

1984 ningún país patentó en la tecnología analizada,

hidrógeno a partir de hidrocarburos. Este resultado

posteriormente, Alemania es el primer país de los

sugiere los países productores de petróleo no están

cinco que patenta un proceso de reformación a partir

interesados en producir fuentes de energía alternativa.

de hidrocarburos en el período 1985-1989, China por su parte, no cuenta con ninguna patente en todo el período estudiado.

Conclusiones

En el período del 2000 al 2004, los cinco países a

La evolución de las patentes para la tecnología de

excepción de china tienen un incremento muy

procesos de reformación de hidrocarburos para

marcado en el número de patentes, lo que refleja el

producir hidrógeno en el período 1975-2008 es

interés por generar tecnologías más eficientes para la

moderada. Se seleccionó esta tecnología con el fin de

producción de hidrógeno, ya sea para procesos

conocer el comportamiento de algunos países en la

industriales o como energía alternativa. Sin embargo,

búsqueda de nuevas energías. Cabe mencionar que

ocurre un fenómeno muy interesante en los cuatro

fue sorprendente la pequeña cantidad de patentes

países después del 2004, donde el número de patentes

encontradas para este proceso, ya que es actualmente

desciende drásticamente, este comportamiento no es

la tecnología menos costosa para producir hidrógeno.

sinónimo de que el hidrógeno no sea una opción de energía viable, más expresa que las mejoras en el

Según los resultados, el patentamiento de estas

proceso son cada vez menos y que se están buscando

tecnologías comenzó a partir de 1985 y se incremento

otras alternativas para producir hidrógeno con

a partir del 2000. A pesar de que el hidrógeno es un

tecnologías más limpias o que no se basen en los

compuesto necesario en muchos procesos industriales

hidrocarburos.

actuales, se puede observar que la cantidad de patentes de esta tecnología es muy pequeña en todos

Para dar más peso al supuesto de que los países que

los países, esto podría deberse a que las mejoras en el

consumen mayor cantidad de energía serán los que

proceso son cada vez menores. En este tipo de

busquen fuentes alternas, se buscaron estadísticas de

procesos químicos se innova en mayor medida en los

los cinco mayores productores de petróleo a nivel

catalizadores,

mundial, entre los que se encuentran por orden de

rendimientos de los productos obtenidos.

que

son

los

que

mejoran

los

producción: Arabia Saudita, Rusia, Estados Unidos, Irán y México. Y se encontró que ninguno de los

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Patentes de reformación de hidrocarburos para producir hidrógeno

Es importante resaltar que los países productores de petróleo no tienen ninguna patente en esta tecnología, en cambio los consumidores son los que más patentan, entre ellos, Estados Unidos y Alemania. China por su parte, no tiene ninguna patente de reformación de hidrocarburos a pesar de que es un gran consumidor de petróleo en sus procesos industriales.

Bibliografía Momirlan M. y T. N. Veziroglu (2005), “The Properties of Hydrogen as Fuel Tomorrow in Sustainable Energy System for a Cleaner Planet”, International Journal Hydrogen Energy, 30, pp. 795-802. Padró, C. y V. Putsche (1999), “Survey of the Economics of Hydrogen Technologies”, NREL/TP-570-27079, U.S. Department of Energy, Golden Co.

Referencias electrónicas EIA (Energy Infor mation Administration), consultado en noviembre

de 2009, disponible en: http://www.eia.doe.gov Office of Science, U.S Depar tment of Energy (2003), Basic Research Needs for the Hydrogen Economy: Report of the Basic Energy Sciences Workshop on Hydrogen Production, Storage and Use, consultado en noviembre de 2009, disponible en: en: http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf U.S. Department of Energy Hydrogen Program, consultado en noviembre del 2009, disponible en: www.hydrogen.energy.gov

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