Hidrógeno y fuentes renovables de energía · • Por primera vez en la historia, el hombre se...
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Hidrógeno y fuentes renovables
de energía
El problema energético
• Por primera vez en la historia, el hombre se enfrenta a un problema global que compromete a toda la humanidad.
• Actualmente la actividad humana impacta sensiblemente sobre la biosfera. (Ej. del 9/11)
• La vida en la Tierra se está extinguiendo.
• El precio de los combustibles fósiles no considera las externalidades.
• Las principales fuentes primarias de energía utilizadas por la humanidad en los últimos dos siglos son agotables, contaminantes y están concentradas en algunos países.
XIX XX XXI
1ªERA
SOLAR
ERADEL
CARBÓN
ERADEL
PETRÓLEOGAS YFISIÓN
NUCLEAR
ERADE
TRAN-SI-
CIÓN
¿ERADE
FISIÓNNUCLEAR?
¿ERADE
FUSIÓNNUCLEAR?
¿2ªERA
SOLAR?
+H2
Evolución de las fuentes primarias de energía
La cadena del Hidrógeno
Fuente renovable de energía Energía eléctrica Red
eléctrica
Motores de combustión internaGNC + H CalefacciónAplicaciones industrialesCeldas de combustible
1ª
Transformación
Hidrógeno
2ªTransformación
Almacenamiento Usolocal
Transporte
Compresión Licuación
Hidruración
Almacenamientoen destino final
3ª
Transformación
Producto final: H2O
Solar power plant in the Mojave Desert (California)
1ª Transformación
1ª Transformación
Ocupando 10000 km2 en una provincia de 225000 km2, se puede obtener la misma potencia que se encuentra instalada en todo el país.
Electrolizadores de baja presión
LURGI
2ª Transformación
Celdade combustible de
Hidrógeno
3ª Transformación
NECAR 4(1999)
Daimler ChryslerEquipado con
celdas decombustible a
hidrógeno
Ómnibus equipado con
celdas decombustible a
hidrógeno(1995)
275 HPautonomía
400 Km
Celdas de hidrógeno y motor eléctrico de 275 HP
Omnibus de Daimler Chryslercon celdas de hidrógeno y tanques de
hidrógeno comprimido en el techo. Circula actualmente en varias ciudades de Europa.
IRISBUS, ómnibus de IVECOCircula actualmente en Milán
IRISBUS en Madrid
Honda FCX Clarity
Honda FCX Clarity
Honda FCX Clarity
Vehículos con motoresde combustión
interna a Hidrógeno
Avión a Hidrógeno de Boeing
Avión a Hidrógeno de Airbus
Cryoplane, avión a Hidrógeno de Airbus
¿Los Argentinos seremos
USUARIOS ODESARROLLADORES
de las tecnologías del Hidrógeno?
Diseño y construcción de un Aerogenerador
Celda combustible tipo PEM
Ensayos de electrólisis a alta presión
Recipiente del electrolizador prototipo de 700 bar
Paquete electrolizador
Tapa del recipiente de presión
Electrolizador de 700 bar, 1ª evolución
vmVn
2
=ξ
Desarrollo de contenedor seguro para almacenamiento de
hidrógeno a 700 bar
Curvas de eficiencia de almacenamiento en funciónde la presión. Tanque convencional de acero
Sistema tubular en aluminio:6063 6061 2014 7075
Vn: Volumen normal del gas contenidom: Masa del recipientev: Volumen del recipiente
Eficiencia de almacenamiento
0 200 400 600 800 10000
50
100
150
200
250
e( )P
l6063( )P
l6061( )P
l2014( )P
l7075( )P
P
[ ] ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ξ
kgm3
[ ]barp
Contenedor prototipo para
almacenar hidrógeno a
700 bar
Esquema del electrolizador de 30 bar y 1m3/h destinado a la Base Esperanza de la Antártida Argentina.
Electrolizador de 30 bar y 1m3/h
Paquete electrolizador
Electrolizador de 30 bar y 1m3/h
Horno y cocina a Hidrógeno
Celda de combustible a Hidrógeno
Motor convertido a Hidrógeno
Base Esperanza; Antártida Argentina
Ensayos de una turbina a Hidrógeno
GNC + H
Ensayos de motores en frenodinamométrico, con mezclas de distintas proporcionesde GNC e H.
Electrolizador de 200 bar y 4 m3/h
Electrolizador de 200 bar y 4 m3/h
Paquete electrolizador
Trabajo de compresión
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,4
0 100 200 300 400 500 600 700
Vo/Vf
Wc
[kW
.h/m
3 ]
Gráfico de la energía de compresión Wc, en función de la relación de compresión, Vo/Vf, (Vo es el volumen en CNPT). Para presiones iniciales de: 30 bar ; 10 bar ; 0 bar.Eficiencia adiabática del compresor: 55 %No se considera la energía de compresión del Oxígeno.
Planta Experimental de Hidrógeno
Planta Experimental de Hidrógeno
Planta Experimental de Hidrógeno
Pico Truncado
Santa Cruz, Argentina
Infraestructuralocal
Aerogenerador
Posibles emprendimientos con energías renovables e Hidrógeno
Red eléctrica
Bonos deCarbono
Almacenamientode O2 a 200 bar
O2 usoindustrial
Gestión dela energía
Estación de GNC + H
ElectrolizadorH2 y O2 a 200 bar
Compresorde GNC
Almacenamientode H2 a 200 bar
GNC + HUso vehicular
Posibles emprendimientos con energías renovables e HidrógenoSustitución de hidrocarburos en pequeñas industrias
Parque eólico Red eléctrica
Bonos deCarbono
Almacenamientode O2 a 200 bar
O2 usoindustrial
Gestión dela energía
ElectrolizadoresH2 y O2 a 200 bar
Almacenamientode H2 a 200 bar
Sustitución ocomplementode GLP, GN,o Gasoil en:•calderas•hornos•turbinasTransporte a industrias
próximas al parque eólico
Cálculo, diseño y construcción de una
bomba de inyección de agua, para reactores electrolíticos a alta
presión
Caudal: 15 l/hsPresión: 400 bar
Tesis realizada por:Florian Sutter
Estudiante de Ing. Mec. Universidad de Karlsruhe
ITBA Octubre 2006 – Octubre 2007
Cálculo, diseño y construcción de una
bomba de inyección de agua, para reactores electrolíticos a alta
presión
Cálculo, diseño y construcción de una
batería de intercambiadores de calor,
para el reactor electrolítico de 200 bar y
4 m3/h
Tesis realizada por:Vincent Laval
Estudiante de Ing. Mec. INSA Toulouse
ITBA Agosto 2007 – Noviembre 2007
Cálculo del tanque de presión y diseño de
conjunto, de un reactor electrolítico para
laboratorio, de 200 bar
Tesis en desarrollo por:Aurely Seine
Estudiante de Ing. Mec. INSA Toulouse
ITBA Agosto 2008 – Noviembre 2008
Línea de trabajo para el desarrollo de las tecnologías del Hidrógeno en el ITBA
Producción de Hidrógeno por electrólisis a alta presión (∼700 bar), sin utilizar compresores.
Almacenamiento de Hidrógeno y Oxígeno a alta presión (∼700 bar), en contenedores seguros y prácticos.
Aplicación del Hidrógeno y del Oxígeno en motores de combustión interna con inyección directa en la cámara de combustión.
Inyector
Publicaciones
Publicaciones Proceedings of Hyfusen 2007Junio 2007, Posadas, Argentina
REACTORES ELECTROLÍTICOS PARA PRODUCCIÓN DEHIDRÓGENO Y OXÍGENO A ALTA PRESIÓN
Lic. Juan Ricardo LaurettaInstituto Tecnológico de Buenos Aires, Av. E. Madero 399, (1106) Buenos Aires, Argentina.
Proceedings of Hyfusen 2005Junio 2005, Bariloche, Argentina
PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO A ALTA PRESIÓN
Lic. Juan Ricardo LaurettaInstituto Tecnológico de Buenos Aires, Av. E. Madero 399, (1106) Buenos Aires, Argentina.
CapacitaciónIng. Pedro OrbaizMaestría
“Motores de combustión interna alimentados a Hidrógeno”2009-2010, Universidad de Melbourn
Ing. Martín Paura BersánDoctorado en Ingeniería
“Motores de combustión interna con inyeccióndirecta de Hidrógeno en la cámara de combustión”
2009-2011, ITBA
Ing. Federico RaffoDoctorado en Ingeniería
“Motores de combustión interna alimentadospor mezcla de GNC + Hidrógeno”
En curso, ITBA
Gracias por vuestra atención