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Usos del hidrógeno como vector energético: actualidad y proyección
Dr. Maximiliano Melnichuk CNEA/Conicet Argentina
Índice
1. Breve reseña histórica
2. Usos actuales del hidrógeno
3. Estado del arte
4. Proyección y comentarios finales
2
1. BREVE RESEÑA HISTÓRICA
Descubrimiento y usos pasados
3
1. Breve reseña histórica
Abundancia en el universo: >75%
Combustible estelar: fusión nuclear
Combinado en estado natural: no hay yacimientos
H20
C6H1005
CH4
C8H18 92%
8%
H
He
4
1. Breve Reseña histórica
Antecedentes: estudio de gases/combustión – Sthal: Phlogiston (teoría errónea de combustión)
– Lavoisier: “dephlogisticated air” o “artificial air”
G. Sthal
1697 1774
A. Lavoisier
O2 5
1. Breve Reseña histórica
Descubrimiento y primeros usos – Cavendish: “Phlogiston in pure state”: d 1/14 aire
– Lavoisier: “life sustaining air” e “inflamable air”
1766 1783 1793
A. Lavoisier H. Cavendish
1697 1774 O2
H2
J. Charles G. Morveau
1800
Noción de economía de “hidrógeno”?
1820 1874
Electrolisis
W. Nicholson A. Carlisle
6
1. Breve Reseña histórica
Dirigibles (uso civil y militar)
Programa espacial
7
1. Breve Reseña histórica
Programa espacial: Planta LH2 California, USA desde 1960. Capacidad: i) producción 25 t LH2/d, ii) almacenamiento = 900 m³ (≈2 d)
8
1. Breve Reseña histórica
Hidrogenoducto en Alemania desde 1940
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2. USOS ACTUALES DEL HIDRÓGENO
Insumo industrial y usos especiales
10
2. Usos actuales
Programa espacial: en vigencia;
propulsión y fuel cell
Industria alimenticia,
metalurgia, vidrio, electrónica
Petroquímica y procesos
H20 Vapores combustible
sólido
NH3 Cracking
Grasas trans
11
2. Usos actuales
Esquemáticamente
Uso preponderante: industrial / petroquímico
12
2. Usos actuales
Combustibles actuales
vs.
Derivados del petróleo
Hidrógeno 13
2. Usos actuales
Producción industrial: reformado de vapor (98%)
Aporte de CO2
14
3. ESTADO DEL ARTE
Hidrógeno como vector energético
15
3. Estado del arte
El ideal: la Economía del Hidrógeno Estado actual: pruebas piloto
16 Hydrogen as a Future Energy Carrier – A. Züttel, A. Borgschulte, L. Schlapbach - ISBN: 978-3-527-30817-0
3. Estado del arte
Producción: i) reformado de vapor, ii) electrólisis,…
Electrólisis alcalina Esquemáticamente
17
3. Estado del arte
Producción: i) reformado de vapor, ii) electrólisis,…
Electrólisis con celda de combustible
Kit educativo
18
3. Estado del arte
Producción: …iii) métodos alternativos
Artificial leaf
19
3. Estado del arte
Producción: …iii) métodos alternativos
Producción biológica 20
3. Estado del arte
Almacenamiento: i) gaseoso,…
Elevada energía de compresión
21
Standard: 300 y 700 bar
3. Estado del arte
Almacenamiento: i) gaseoso,…
Power to gas
Fuente: Hydrogenics ≈ 15% Vol 22
3. Estado del arte
Almacenamiento: i) gaseoso,…
Cavernas salinas
23
3. Estado del arte
Almacenamiento: i) gaseoso, iii) líquido,…
Energía de licuefacción ≈ 1/3 energía total
Double walled vacuum insulated LH2
130 L
24
Recipiente Dewar
- 250°C
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
Hidruros metálicos 25
Hidruros complejos
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
Adsorción en nanomateriales
26
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
Hidruros iónicos 27
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
28
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
Baja densidad gravimétrica
29
Alta densidad volumétrica
Condiciones menos severas
> 300 kg
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
Problemas ingenieriles: • Transferencia de calor • Acumulación de tensiones • Piroforicidad
30 ISO 16111
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
…más seguro?
31 https://www.youtube.com/watch?v=n0a5IXjh8Mg
3. Estado del arte
Almacenamiento: …iii) sólido
…más económico?
32 Economic potential of complex hydrides compared to conventional hydrogen storage systems. J. Jepsen et al. IJHE 2012. 4204-4214.
3. Estado del arte
Distribución: i) hidrogenoducto, …
De interés en geografías
extensas
33
Cost of energy transmission via electric cables or hydrogen pipelines
10
00
km
3. Estado del arte
Distribución: i) hidrogenoducto, ii) acarreo terrestre,…
Costo de acarreo; producción in situ
34
3. Estado del arte
Distribución: …iii) vía marítima
Uso de boil-off para combustible
35
3. Estado del arte
Consumo: i) máquinas térmicas,…
Quemado directo, MCI
36
3. Estado del arte
Consumo: i) máquinas térmicas, ii) fuel cell
37 Celda PEM
3. Estado del arte
Consumo: i) máquinas térmicas, ii) fuel cell
38
Tipos de celda de combustible
3. Estado del arte Aplicaciones móviles
39 Source: F. Barbier (2005)
3. Estado del arte Aplicaciones móviles
40
3. Estado del arte Aplicaciones móviles: FC car e híbridos
Toyota Mirai
41
3. Estado del arte Aplicaciones móviles: FC car e híbridos
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3. Estado del arte
Aplicaciones estacionarias Telecomunicaciones
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Compresión Power station
4. PROYECCIÓN Y COMENTARIOS FINALES
Paradigmas a revisar
…hace falta?
44
4. Proyección y comentarios finales
Segunda civilización solar (Prof. C.-J. Winter)
45
S. XIX: carbón S. XX: petróleo, gas, nuclear
S. XXI: eficiencia, renovables, H2
>S. XXII: sustentabilidad?...
<S. XVII: Primera civilización solar
10
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Jes
ús
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50
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…
- 2
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0
- 3
00
0
Combustibles no renovables
4. Proyección y comentarios finales
Segunda civilización solar (Prof. C.-J. Winter)
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4. Proyección y comentarios finales
Vector energético: transporte masivo de H2
47
4. Proyección y comentarios finales
Vector energético: geopolítica del petróleo
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4. Proyección y comentarios finales
Hydrogen Council
49
Davos 2016
4. Proyección y comentarios finales
Seguridad: miedo a lo desconocido
50
4. Proyección y comentarios finales
Sobre el hidrógeno
- Fuerte candidato a ser usado como vector
- Clave: costos y fomento regulatorio
- Medir “costo” ecológico
Cambios de paradigma - Racionalidad energética
- Redes inteligentes
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Usos del hidrógeno como vector energético: actualidad y proyección
Dr. Maximiliano Melnichuk CNEA/Conicet Argentina
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