Necesidades I+D Hidrógeno Automoción 6 julio 2010 · 34 34 / Muskiz, 6 Julio 2010 MUSKIZ Cursos...

LAS NUEVAS FUENTES DE ENERGÍAEN AUTOMOCIÓN

NECESIDADES DE I+DPARA LA APLICACIÓN DEL HIDRÓGENO

COMO VECTOR ENERGÉTICOEN AUTOMOCIÓN

6 julio 2010

Dr. Iñaki Azkarate

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2 / Muskiz, 6 Julio 2010

MUSKIZ Cursos de VeranoFP Innovación y Sostenibilidad

NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN

Contaminación,Calentamiento

Global

SostenibilidadSistema

Energético ??

ENERGÍAS RENOVABLES

AgotamientoCombustibles

Fósiles

ECONOMÍADEL

HIDRÓGENO

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Calentamiento Global / Incremento CO2

4




Calentamiento Global. Previsiones

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Producción de Petróleo

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Producción de Gas Natural

7




Producción de Carbón

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Capacidad del Parque Nuclear

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Previsiones del Parque Nuclear de la IAEA

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Fuentes de Energía

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Previsión de Instalaciones renovables 2030

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Contribución de Fuentes de Energía Renovables

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Previsión del escenario energético

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Economíadel

Hidrógeno

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Economíadel

Hidrógeno

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Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).

SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.

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Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).

SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.

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http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/

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Etapas de la Cadena del Hidrógeno

11 PRODUCCIPRODUCCIÓÓNN

2 2 ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓÓNN

3 3 CONSUMOCONSUMO

4 4 ASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRÓÓGENOGENO

NECESIDADES DE I+D EN LA INDUSTRIA DEL HIDRÓGENO

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1. PRODUCCIÓN

Electrolisis de agua.Electrolisis de agua.

Reformado de Hidrocarburos.Reformado de Hidrocarburos.

GasificaciGasificacióón.n.

MMéétodos Qutodos Quíímicos y Termoqumicos y Termoquíímicos.micos.

Producción

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Electrolisis del agua

-- Mediante energMediante energíía ela elééctrica obtenida a partir de fuentes renovables.ctrica obtenida a partir de fuentes renovables.

-- Basado en la reacciBasado en la reaccióón Hn H22O O ---------- HH22 + + ½½ OO22

CCáátodo todo 2 H2O + 2e2 H2O + 2e-- --------------2OH2OH-- + H2+ H2

ÁÁnodo nodo 2OH2OH-- -------------- H2O + 1/2O2 + 2eH2O + 1/2O2 + 2e--

-- Electrolizadores AlcalinosElectrolizadores Alcalinos. .

TecnologTecnologíía disponible comercialmente. a disponible comercialmente.

Actualmente se produce HidrActualmente se produce Hidróógeno a presiones geno a presiones

de hasta varias decenas de bares. de hasta varias decenas de bares.

Producción

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Electrolisis del agua

-- Electrolizadores PEMElectrolizadores PEM..

Producción

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Reformado de Hidrocarburos

-- La mayor parte del HidrLa mayor parte del Hidróógeno se produce geno se produce

mediante este mmediante este méétodo a partir de metano.todo a partir de metano.

-- Basado en las reacciones Basado en las reacciones

CHCH44 + H+ H22O O -------- CO + 3HCO + 3H22

CO + HCO + H22O O -------- COCO22 + H+ H22

-- OxidaciOxidacióón Parcial (POX)n Parcial (POX)

-- Reformado Reformado AutotAutotéérmicormico (ATR)(ATR)

Producción

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Gasificación de Biomasa

-- Biomasa / GasificaciBiomasa / Gasificacióón. n.

Se obtiene una mezcla de gases que seSe obtiene una mezcla de gases que se

enriquece en Hidrenriquece en Hidróógeno tras un procesogeno tras un proceso

de purificacide purificacióón generalmente basado enn generalmente basado en

un proceso de adsorciun proceso de adsorcióón/n/desorcidesorcióónn porpor

cambio de presicambio de presióón (PSA)n (PSA)

Gasificación de Carbón

C+HC+H22O+calor O+calor -------- CO + HCO + H22

Producción

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Métodos Químicos y Termoquímicos

-- Consisten en reacciones quConsisten en reacciones quíímicas que ocurren a temperaturas elevadas micas que ocurren a temperaturas elevadas

(>500 C) en las que el balance total es la descomposici(>500 C) en las que el balance total es la descomposicióón de agua en H2 y O2.n de agua en H2 y O2.

Se plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generaSe plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generan las n las

temperaturas necesarias, aunque tambitemperaturas necesarias, aunque tambiéén hay otras que transcurren mediante n hay otras que transcurren mediante

energenergíía solara solar--ttéérmica.rmica.

Hay mHay máás de 100 ciclos propuestos, pero los ms de 100 ciclos propuestos, pero los máás prometedores son:s prometedores son:

-- CaBrCaBr22 –– FeFe22OO33

-- HH22SOSO44 –– HIHI

-- WestinghouseWestinghouse

Producción

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Producción

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WestinghouseWestinghouse

Producción

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1. PRODUCCIÓN. NECESIDADES DE I+D

Aspectos transversalesAspectos transversales

-- CATALISISCATALISIS

-- SEPARACISEPARACIÓÓNN

-- MATERIALESMATERIALES

-- TEORTEORÍÍA Y MODELACIA Y MODELACIÓÓNN

Producción

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2. ALMACENAMIENTO

El almacenamiento del hidrEl almacenamiento del hidróógeno es un elemento clave en la Cadena del geno es un elemento clave en la Cadena del HidrHidróógeno.geno.

La densidad energLa densidad energéética gravimtica graviméétrica del hidrtrica del hidróógeno es tres veces superior a la geno es tres veces superior a la de la gasolina, mientras que su densidad energde la gasolina, mientras que su densidad energéética volumtica voluméétrica es la cuarta trica es la cuarta parte. parte.

Almacenamiento

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2. ALMACENAMIENTOVolumen de 4kg de hidrógeno, para propulsar un coche eléctrico con de pila de combustible, almacenado en diferentes formas; tamaño relativo al del coche

Fuente: Hydrogen Storage. State – Of – The – Art and Future Perspective. Tzimas, E., Filiou, C., Peteve, S.D., Veyret, J.B. European Commission – Directorate General Joint Research Centre, Petten, 2003, ISBN 92-894-6950-1

Almacenamiento

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2. ALMACENAMIENTO

HidrHidróógeno comprimido.geno comprimido.

HidrHidróógeno licuado.geno licuado.

Hidruros.Hidruros.

HidrHidróógeno absorbido en soportes sgeno absorbido en soportes sóólidos. lidos.

Almacenamiento

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Hidrógeno Comprimido

Es una tecnologEs una tecnologíía convencional y la ma convencional y la máás dominada entre las que se s dominada entre las que se contemplan.contemplan.

Almacenamiento

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Hidrógeno Licuado

Es una tecnologEs una tecnologíía suficientemente desarrolladaa suficientemente desarrollada

Almacenamiento

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Hidrógeno Licuado

Es una tecnologEs una tecnologíía suficientemente desarrollada aunque tiene algunas a suficientemente desarrollada aunque tiene algunas contrapartidas como:contrapartidas como:

-- El hidrEl hidróógeno licua a geno licua a --253253ººCC..

-- Los Los criotanquescriotanques son equipos complejos. Presentan el problema de las son equipos complejos. Presentan el problema de las ppéérdidas por evaporacirdidas por evaporacióón (n (boilboil off). off).

-- El almacenamiento de hidrEl almacenamiento de hidróógeno lgeno lííquido es especialmente adecuado para quido es especialmente adecuado para su empleo en vehsu empleo en vehíículos porque el requerimiento de espacio de los tanques culos porque el requerimiento de espacio de los tanques de hidrde hidróógeno lgeno lííquido es menor.quido es menor.

-- El almacenamiento de hidrEl almacenamiento de hidróógeno lgeno lííquido para aplicaciones estacionarias quido para aplicaciones estacionarias tan stan sóólo se emplearlo se emplearáá cuando el hidrcuando el hidróógeno realmente sea solicitado en forma geno realmente sea solicitado en forma llííquida, por ejemplo, en las estaciones de servicio.quida, por ejemplo, en las estaciones de servicio.

Almacenamiento

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Hidruros

-- Los hidruros metLos hidruros metáálicos consisten en aleaciones en las que el hidrlicos consisten en aleaciones en las que el hidróógeno se geno se combina formando hidruros de combina formando hidruros de estequiometrestequiometrííasas mmáás o menos complejas.s o menos complejas.

-- A travA travéés de una reaccis de una reaccióón qun quíímica se forman compuestos smica se forman compuestos sóólidos metlidos metáálicos. licos.

-- De modo inverso, el hidrDe modo inverso, el hidróógeno se libera cuando se aplica calor a los materiales y geno se libera cuando se aplica calor a los materiales y mediante la reduccimediante la reduccióón de la presin de la presióón.n.

-- Los metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistemLos metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistema como la a como la temperatura a la cual el hidrtemperatura a la cual el hidróógeno puede ser recuperado. geno puede ser recuperado.

Almacenamiento

40




Otros soportes sólidos

-- El hidrEl hidróógeno puede tambigeno puede tambiéén ser adsorbido y almacenado de modo reversible n ser adsorbido y almacenado de modo reversible sobre superficies ssobre superficies sóólidas como resultado de la lidas como resultado de la fisisorcifisisorcióónn o adsorcio adsorcióón.n.

-- Materiales con una gran Materiales con una gran áárea especrea especíífica como los carbonos fica como los carbonos nanoestructuradosnanoestructurados y y los los nanotubosnanotubos de carbono son substratos posibles para la de carbono son substratos posibles para la fisisorcifisisorcióónn. .

Almacenamiento

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Otros soportes sólidos

-- ZeolitasZeolitas

-- NanocompositesNanocomposites aerogelesaerogeles

-- MetallicMetallic OrganicOrganic FrameFrame (MOF)(MOF)

-- BulkBulk AmorphousAmorphous MaterialsMaterials (BAM)(BAM)

-- HollowHollow glassglass microspheresmicrospheres (HGM)(HGM)

Almacenamiento

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Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos.

Almacenamiento

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Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos.

Fuente: Hydrogen Storage. State – Of – The – Art and Future Perspective. Tzimas, E., Filiou, C., Peteve, S.D., Veyret, J.B. European Commission – Directorate General Joint Research Centre, Petten, 2003, ISBN 92-894-6950-1

Almacenamiento

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Energías de enlace de diversos materiales candidatos para el almacenamiento de hidrógeno

Almacenamiento

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2. ALMACENAMIEMNTO. NECESIDADES DE I+D



-- MATERIALES NANOESTRUCTURADOSMATERIALES NANOESTRUCTURADOS


-- CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓNN

-- SEGURIDADSEGURIDAD

Almacenamiento

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Tipo de almacenamiento

Ventajas

Desventajas / Barreras

Hidrógeno comprimido

Tecnología dominada hasta presiones de 300-400 bar. Alta densidad gravimétrica.

Voluminoso. Seguridad. Costos de compresión. Falta mejorar la tecnología para altas presiones

Hidrógeno licuado

Tecnología dominada. Alta densidad gravimétrica y volumétrica. Pureza.

Costo de licuefacción. Pérdidas por “Boil off” Temperaturas muy bajas, aislamiento térmico, materiales especiales.

Hidruros metálicos

Alta densidad volumétrica. Seguridad.

Baja densidad gravimétrica. Pesados. Caros. Alta temperatura de disociación. Refrigeración en la recarga.

Soportes sólidos

Densidades volumétrica y gravimétrica adecuadas. Pueden ser baratos.

Complejos. Refrigeración en la recarga. No se confirman las expectativas iniciales.

Hidruros químicos

Alta densidad gravimétrica

Toxicidad. Impurezas. Reacción de rehidrogenación.

Almacenamiento

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3. CONSUMO

Pila de Combustible.Pila de Combustible.

Motor de CombustiMotor de Combustióón Interna.n Interna.

Consumo

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Pila de Combustible

PEMFCPEMFC

Consumo

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Pila de Combustible

SOFCSOFC

Consumo

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Motor de Combustión Interna

ICEICE

Consumo

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3. CONSUMO. NECESIDADES DE I+D



-- MEMBRANASMEMBRANAS

-- MATERIALES, QUMATERIALES, QUÍÍMICA INTERFACIALMICA INTERFACIAL


Consumo

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4. ASPECTOS TRANSVERSALES

Seguridad Seguridad

Normativa Normativa

SafetySafety ofof HydrogenHydrogen as as EnergyEnergy CarrierCarrier

FormacFormacíóíónn

DifusiDifusióónn

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIMUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓÓNN

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