hidrógeno y fuentes renovables de energía · • por primera vez en la historia, el hombre se...

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