Recientemente, un sistema de producción de hidrógeno por electrólisis de aguas residuales asociadas al petróleo y gas de nivel 100kW, desarrollado conjuntamente por el Instituto de Investigación de Tecnología de Seguridad y Protección Ambiental de la Corporación Nacional de Petróleo de China (Instituto de Shenzhen) y el Campo Petrolífero de Changqing, ha logrado una operación estable durante más de 60 días en el Campo de Gas de Sulige, el campo de gas integrado más grande de China por reservas. Este avance representa un salto crítico de la investigación de laboratorio a la aplicación de ingeniería en la utilización de recursos de cadena completa de aguas residuales de petróleo y gas para la "reducción de la contaminación y producción de hidrógeno" en China, proporcionando una vía tecnológica innovadora para la transformación verde de la industria del petróleo y gas y la utilización eficiente de los recursos hídricos.
Abordando los desafíos de la industria de alta dificultad y costo en el tratamiento de aguas residuales de alta salinidad y alta contaminación orgánica de la extracción de petróleo y gas, el equipo del Instituto de Shenzhen, después de años de investigación dedicada, estableció un sistema teórico de catálisis sinérgica bipolar y superó con éxito el cuello de botella técnico de la estabilidad insuficiente de materiales de electrodos en entornos de alta salinidad y alta contaminación. El equipo del proyecto completó el desarrollo de cadena completa desde un prototipo de ingeniería de 20kW hasta un sistema integrado de nivel 100kW. El sistema es compatible con varios escenarios de tratamiento, incluyendo agua de producción, fluido de fractura, fluido de retorno y aguas residuales de refinación, mientras que también posee el potencial de expansión hacia la producción de hidrógeno a partir de agua de mar y aguas residuales municipales.
Este sistema adopta de manera innovadora un diseño modular con electrolizadores de doble configuración atmosférica/presurizada, formando una ruta técnica de "tratamiento escalonado - producción de hidrógeno sinérgica": el módulo del electrolizador cuadrado atmosférico, equipado con materiales de electrodos auto-desarrollados altamente tolerantes a la sal y resistentes a la contaminación, puede lograr simultáneamente la oxidación electrocatálítica de aguas residuales y la producción preliminar de hidrógeno verde; el módulo del tanque presurizado utiliza agua salina limpia de baja concentración después de un tratamiento profundo como materia prima para producir hidrógeno de alta pureza. Hasta la fecha, el sistema ha completado pruebas industriales con 5 tipos de fluidos de fractura y fluidos de retorno, y 6 tipos de agua de producción de campo de gas, tratando acumulativamente 24 toneladas de aguas residuales. La tasa máxima de producción de hidrógeno alcanzó los 40 Nm³/h, manteniéndose la pureza del hidrógeno establemente en un 99,99%. El consumo energético integral de producción de hidrógeno del sistema se controla en 4,5 kWh/Nm³ H₂, un nivel avanzado en la industria. Según la detección de terceros, la tasa de eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO) de las aguas residuales tratadas alcanzó el 99%, logrando un acoplamiento eficiente entre la degradación profunda de contaminantes y la producción de energía limpia.
Un análisis de viabilidad económica muestra que, con un costo de electricidad verde de 0,3 yuanes/kWh, el costo nivelado de hidrógeno de esta tecnología es de aproximadamente 20,6 yuanes/kg, lo que representa una reducción del 25% en el costo integral en comparación con el modelo tradicional de "tratamiento de aguas residuales + producción separada de hidrógeno", sentando las bases para una aplicación comercial a gran escala. Como proyecto de demostración para la implementación del principio de "Cuatro Aguas y Cuatro Determinaciones" de CNPC, la operación exitosa de este sistema en el Campo de Gas Sulige no solo proporciona un suministro de energía de hidrógeno limpio para el sitio del campo de gas, sino que también resuelve los dobles desafíos de "tratamiento difícil de aguas residuales y suministro energético ajustado" en las áreas de producción de petróleo y gas.
Según el líder del proyecto del Instituto de Shenzhen, el siguiente paso es acelerar el desarrollo y la verificación en ingeniería de un sistema de nivel megavatio (MW), con planes de completar la construcción de un proyecto de demostración de nivel 3 MW para 2026. Los objetivos son reducir aún más el costo de tratamiento por tonelada métrica de aguas residuales en un 15% y disminuir el consumo energético de producción de hidrógeno por debajo de 4,2 kWh/Nm³ H₂. Se espera que esta vía tecnológica sea replicada y promovida en grandes áreas de producción de petróleo y gas, como el Campo Petrolífero de Changqing y el Campo Petrolífero de Tarim en el futuro. Para 2030, se proyecta que ayudará a los campos de petróleo y gas de PetroChina a reducir la descarga de aguas residuales en 12 millones de toneladas por año y producir más de 50.000 toneladas de hidrógeno verde anualmente, equivalente a reducir las emisiones de dióxido de carbono en 650.000 toneladas por año, proporcionando un importante apoyo técnico para los objetivos de "doble carbono" de la industria energética.
