Escrito por Daniel Merriman
Energía respetuosa con el clima
El termómetro está subiendo en todo el mundo. Con 2024 consolidado como el año más caluroso jamás registrado y la temperatura media global disparándose 1,55 °C por encima de los niveles preindustriales, la carrera hacia el cero neto no es solo una buena idea teórica. Es urgente. Mientras los gobiernos dan la voz de alarma y presionan para alcanzar los objetivos climáticos de 2050, las industrias deben responder, no mañana, sino ahora.
Mientras las industrias se esfuerzan por cumplir los objetivos climáticos de 2050, los electrocombustibles (e-combustibles) se perfilan como un elemento crucial de la solución. Estos combustibles sintéticos, producidos con electricidad renovable, pueden integrarse perfectamente en la infraestructura existente, ofreciendo un puente práctico entre los sistemas energéticos actuales y un futuro sostenible.
Los e-combustibles prometen no solo sostenibilidad, sino también continuidad en el suministro de energía a diversos sectores, como la aviación, el transporte de mercancías y la generación de energía, con la confianza de ser neutros en carbono. Sin embargo, la producción de e-combustibles es compleja y requiere precisión en todas las etapas. Para ayudar a remediar ese problema, se puede utilizar la espectrometría de masas de procesos (MS) para garantizar la calidad de las entradas y salidas, identificar ineficiencias, autenticar el origen de los materiales y facilitar la innovación.
La espectrometría de masas de procesos es una técnica analítica en tiempo real que mide la composición de gases y líquidos en procesos industriales con una velocidad y precisión excepcionales. En la producción de combustibles electrónicos, desempeña un papel fundamental en la supervisión de todas las etapas, desde la generación de hidrógeno verde y la síntesis Fischer-Tropsch hasta la captura directa de aire, lo que ayuda a garantizar la pureza, la eficiencia y el cumplimiento de la normativa.
El poder de la espectrometría de masas de procesos
La espectrometría de masas de procesos se puede utilizar para el control y el análisis continuo en tiempo real de procesos químicos. El proceso analítico consiste en ionizar las moléculas de la muestra, separar los iones resultantes por su relación masa-carga y cuantificarlos para determinar la composición de los gases o líquidos en los procesos industriales.
La espectrometría de masas de procesos es especialmente importante en el control del proceso Fischer-Tropsch (FT), en el que el gas de síntesis se convierte en hidrocarburos líquidos. Este proceso de alta temperatura y alta presión requiere un control preciso de varios componentes, entre ellos el metano, el etano, el propano, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono y los hidrocarburos ligeros. La MS proporciona un análisis en tiempo real, lo que ayuda a garantizar que cualquier desviación se identifique y corrija rápidamente, manteniendo así la integridad del proceso de producción.
El hidrógeno verde, producido mediante la electrólisis del agua con electricidad renovable, es un componente clave de los combustibles electrónicos. La supervisión del rendimiento de los electrolizadores que generan hidrógeno y oxígeno es esencial para optimizar esta etapa del proceso global. La tecnología MS, como se ha demostrado en colaboraciones con empresas de energía limpia, ayuda a identificar ineficiencias y a garantizar productos de alta pureza, que son cruciales para la síntesis posterior de combustibles electrónicos.
Captura directa de aire: análisis en tiempo real en acción
La función de los espectrómetros de masas de proceso se extiende a los sistemas de captura directa de aire (DAC), que eliminan el CO2 de la atmósfera. Dada la baja concentración ambiental de CO2, el análisis en tiempo real mediante MS es vital para mantener la eficiencia y la integridad de los procesos DAC. Se ha descubierto que la MS supera a la cromatografía de gases tradicional al proporcionar un análisis más rápido y completo. Cabe destacar que la MS monitoriza el vapor de agua con facilidad, mientras que esta es una aplicación difícil para un cromatógrafo de gases (GC). El agua es de especial interés, ya que su presencia en el CO2 capturado conlleva el riesgo de formación de ácidos, como el sulfúrico y el nítrico, que suponen una amenaza para la integridad de las tuberías que transportan el CO2 hasta su almacenamiento o utilización.
Desarrollo de hidrógeno verde y electrolizadores
Una de las formas más eficaces de verificar el origen del hidrógeno es analizar la relación entre el H2 y el deuteruro de hidrógeno (HD).
El hidrógeno derivado de combustibles fósiles tiene una mayor presencia de HD debido a su perfil isotópico. Mediante la tecnología de sector magnético de doble resolución, el MS puede detectar HD a 150 ppm con una precisión de 5 ppm, lo que ofrece una medida inequívoca del origen.
Espectrometría de masas en el proceso Fischer-Tropsch
En el corazón de la síntesis de combustibles electrónicos se encuentra el proceso Fischer-Tropsch (FT), en el que el gas de síntesis se transforma en hidrocarburos líquidos. Catalizado por hierro o cobalto, y funcionando a altas temperaturas y presiones, esta etapa exige una precisión implacable.
El MS supervisa no solo la materia prima del gas de síntesis, sino también una mezcla de moléculas, entre las que se incluyen estas sustancias químicas:
- Metano, etano, propano
- CO, CO2, N2
- Hidrocarburos ligeros (C2 -C6)
Corriente típica de FT:
| Componente | Concentración (%mol) | Precisión (abs %mol) |
| Hidrógeno | Balance | 0.05 |
| Metano | 5.5 | 0.01 |
| Monóxido de Carbono | 15 | 0.05 |
| Nitrógeno | 2 | 0.02 |
| Dióxido de Carbono | 10 | 0.01 |
| Hidrocarburos ligeros (C₂–C₆) | <1.5 total | 0.002 cada uno |
Este complejo análisis se puede completar en menos de 20 segundos, lo que significa que se obtiene información con la rapidez suficiente para impulsar el control del proceso en tiempo real.
El camino a seguir: integración, innovación y escala
La belleza de la producción de combustible electrónico radica en su interconexión. Lo que comienza con la captura de carbono y el hidrógeno verde no termina ahí, sino que evoluciona, se transforma y depende de la precisión en cada paso. Una ligera ineficiencia en la producción de hidrógeno puede afectar a la calidad del gas de síntesis. Un cambio sutil en la composición del gas de síntesis afecta a toda la producción de Fischer-Tropsch. No se trata solo de una cadena de suministro, sino de un sistema de sistemas en el que el éxito solo es posible a través de la visibilidad, la capacidad de respuesta y el control.
La espectrometría de masas de procesos crea bucles de retroalimentación en lugares donde antes había puntos ciegos, por lo que ya no es necesario esperar para saber qué ha fallado: se sabe lo que está sucediendo a medida que se desarrolla y se pueden tomar decisiones más rápidamente, optimizando las operaciones.
En general, la integración de la espectrometría de masas de procesos en la producción de combustibles electrónicos y tecnologías relacionadas no solo es beneficiosa, sino esencial. Proporciona la precisión y la retroalimentación en tiempo real necesarias para navegar por las complejidades de la producción energética moderna, lo que ayuda a garantizar que la transición a fuentes de energía sostenibles sea eficaz y fiable.
Recursos adicionales
- Información en línea: Medición de hidrógeno en tiempo real para diversos métodos de producción
- Información en línea: Espectrómetros de masas de proceso para el análisis de gases en tiempo real
- Seminario web: Thermo Fisher Scientific y CPH2 se unen para dar luz verde a la producción de hidrógeno renovable
- Nota de aplicación: Mejora de la producción de hidrógeno verde con análisis de gases rápido y preciso Espectroscopia de masas
- Nota de aplicación: Combustibles electrónicos: energía respetuosa con el clima que puede ponernos al volante de un futuro sostenible
- Nota de aplicación: Mejora de la producción de gas de síntesis con análisis de gases rápido y preciso MS
- Caso práctico: Thermo Fisher Scientific y CPH2 se alían para dar luz verde a la producción de hidrógeno renovable
- Medición de hidrógeno en tiempo real con el espectrómetro de masas Prima
- Nota técnica: Medición de isómeros de espín de hidrógeno con espectroscopia Raman
- Caso práctico: Espectroscopia Raman de procesos para aplicaciones de captura de carbono
Referencias
- Organización Meteorológica Mundial. (2025). La OMM confirma que 2024 ha sido el año más cálido jamás registrado.
- Agencia Internacional de la Energía. (2023). Resumen de la captura directa de aire. https://www.iea.org
- Dugstad et al. (2014). Pruebas de corrosión en CO2 en fase densa. CORROSION 2014.
- AIE (2023). Captura de CO2 mediante DAC frente al escenario de cero emisiones netas para 2030. https://www.iea.org
- Gibson, Eby, Jaggi. (2024). Huella isotópica natural del hidrógeno. Int. J. Hydrogen Energy.
- Merriman, D. (2022). Aplicación de la MS a los procesos basados en catalizadores. Conferencia sobre tecnología de análisis.
- Parlamento Europeo. (2023). Obligación del 70 % de SAF para 2050.
- CMNUCC. (2025). Partes en la Convención sobre el Cambio Climático. https://unfccc.int
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