GUÍA DOCENTE CURSO: 2013/14

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1 GUÍA DOCENTE CURSO: 2013/ EL HIDRÓGENO COMO SISTEMA ENERGÉTICO ASIGNATURA: EL HIDRÓGENO COMO SISTEMA ENERGÉTICO CENTRO: Escuela de Ingenierias Industriales y Civiles TITULACIÓN: Ingeniero Químico DEPARTAMENTO: INGENIERÍA DE PROCESOS ÁREA: Ingeniería Química PLAN: 10 - Año 2002 ESPECIALIDAD: CURSO: Cr. comunes ciclo IMPARTIDA: 2 Segundo semestre TIPO: Optativa CRÉDITOS: 7,5 TEÓRICOS: 4,5 PRÁCTICOS: 3 Descriptores B.O.E. Producción. Almacenamiento. Transporte. Temario TEMA 1: INTRODUCCIÓN - Evolución de los sistemas energéticos. Demanda emergencia. Energía y medio ambiente. Cambio climático (2 horas) TEMA 2: CARACTERÍSTICAS DEL HIDRÓGENO - Propiedades del hidrógeno (1 hora) TEMA 3: LA ECONOMÍA DEL HIDRÓGENO - Hidrógeno como vector. Sistemas de Hidrógeno (1 hora) TEMA 4: PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO (2 horas) - A partir de combustible fósiles. - Reforming Gas Natural. Cracking Térmico. - Oxidación Parcial. Gasificación de Carbón TEMA 5: PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA (2 horas) - Procesos Biológicos. Procesos Térmicos TEMA 6: PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE ELECTRÓLISIS (4 horas) - principios de Electrólisis. Estado actual. Materiales. - Tipos de Electrolizadores TEMA 7: OTROS MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO (2 horas) - Procesos Biológicos. Procesos Fotoquímicos. Procesos Foto electroquímicos. Procesos Página 1 de 6

2 termoquímicos. TEMA 8: PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO (1 hora) - tecnología de membranas. - Tecnología PSA - Otras Tecnologías. TEMA 9: ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO (3 horas) - almacenamiento como Gas. - Almacenamiento como Líquido - Almacenamiento en Materiales - Mecanismos - Tipos de Materiales TEMA 10: COMPRESIÓN DE HIDRÓGENO (1 horas) - Características. Tipos de compresores TEMA 11: TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE HIDRÓGENO (2 horas) - Tipos de Transporte. - Transporte por Tuberías - Características de Materiales TEMA 12: CONVERSIÓN ENERGÉTICA DE HIDRÓGENO (2 horas) - combustión catalítica - Motores combustión Interna - Turbinas TEMA 13: PRINCIPIOS DE PILAS DE COMBUSTIBLE ( 4 horas) - Introducción - Termodinámica, Reacciones Ciméticas, transporte de carga y transferencia de masa en pilas de combustible. TEMA 14: TECNOLOGÍA DE PILAS DE COMBUSTIBLES - Tipos de pilas. Sistemas. Integración. Impacto ambiental. TEMA 15: SEGURIDAD DEL HIDRÓGENO (1 hora) - Códigos Standard. - Seguridad en los diferentes subsistemas. - Sensores de hidrógeno TEMA 16: USOS DEL HIDRÓGENO EN EL SECTOR TRANSPORTE (2 horas) - Transporte terrestre. - Transporte aéreo. - Transporte espacial. Página 2 de 6

3 - Transporte marítimo TEMA 17: USOS DEL HIDRÓGENO EN EL SECTOR ESTACIONARIO ( 2 horas) - Sistemas integrados. - Aislados. - Sistemas distribuidos - Hidrógeno como almacenamiento de energía. TEMA 18: USOS DEL HIDRÓGENO EN EL SECTOR PORTÁTIL (1 hora) - usos en ordenadores, teléfonos. - Análisis comparativo con baterías. TEMA 19: ANÁLISIS CICLO DE VIDA (2 horas) - análisis ciclo de vida de sistemas hidrógeno. - Análisis ciclo de vida gas natural. - Análisis ciclo de vida energías renovables. - WELL-WHEEL. TANK-WHEEL. TEMA 20: ANALISIS ECONÓMICO ( 2 horas) - Análisis de los diferentes sistemas hidrógeno. TEMA 21: ESTADO ACTUAL DE LA ECONOMÍA HIDRÓGENO (2 horas) - Revisión de políticas internacionales, nacionales y regionales. - Descripción de proyectos de demostración en los diferentes sectores. Requisitos Previos El alumno debe tener conocimientos básicos de química, física, ecuaciones diferenciales, termodinámica y físico químicos, así como de los fenómenos de transportes. Objetivos En la actualidad, la implantación de sistemas energéticos que sean capaces de ser mas sensibles medioambientalmente (contaminación local y regional) que eviten la emisión de gases invernaderos, que garanticen una seguridad en el suministro, tanto en cantidad como en precio, así como que sean económicos, eficientes y creadores de empleo, es uno de los objetivos principales de la sociedad a nivel mundial. Por lo anterior, sistemas E5 (energía, eficiencia, economía, environmental y empleo) son los que serán capaces de satisfacer nuestras necesidades en las próximas décadas. Por lo tanto, los objetivos a alcanzar, entre otros son: conocimiento general de los sistemas energéticos y en especial La economía del hidrógeno. Conocimiento de las propiedades del hidrogeno Conocimiento del uso no energético (industrial) del hidrogeno. Métodos de producción del hidrógeno a partir de combustible fósiles y recursos renovables Principios de electroquímica y electrolizadores Sistemas de almacenamiento y transporte de hidrogeno Unidades de conversión energética Pilas de combustible, principios básicos, fenómenos de transporte, tipos de pilas, materiales y Página 3 de 6

4 componentes. Usos del hidrógeno en los diferentes sectores. Estacionario, aislado y no aislado, transporte, portátil. Análisis del ciclo de vida de sistemas de hidrógeno Análisis económico de sistemas de hidrogeno Metodología La metodología a desarrollar para obtener los objetivos citados constarán de: Impartición de clases teóricas Búsqueda bibliográfica de los temas impartidos Realización de problemas y supuestos relacionados con los diferentes temas de la asignatura Conocimiento y manejo de diferentes programas de simulación, trnsys, homer, Hybrid Realización de prácticas de laboratorio. Criterios de Evaluación Para superar la asignatura, el alumno deberá realizar y superar lo siguiente: Examen que constará de una parte, sobre la teoría impartida, de otra sobre cuestiones y por último de problemas en general, que se ponderarán en un 65% de la nota final. Realización de un trabajo monográfico o proyecto, relacionado con la materia a impartir y se corresponderá en un 12% de la nota final. Realización a lo largo del curso de un sistema de simulación relacionado con las materias impartidas que se ponderarán en un 12% de la nota final. Realización de las prácticas de laboratorio, así como, elaboración del cuaderno de prácticas que se ponderará en un 11% de la nota final. ADVERTENCIA: para superar la asignatura, es necesario superar todos los criterios d evaluación. Descripción de las Prácticas PRÁCTICAS DE LOS EQUIPO DE PILAS DE COMBUSTIBLES 1. Curva característica del electrolizador Determinación de la relación de energía que se le aporta al electrolizador y la cantidad de hidrógeno que se obtiene. 2. Eficiencia de Faraday y eficiencia energética del electrolizador Estudio de la eficiencia energética del electrolizador. 3. 1ª Ley de Faraday Demostración de la 1ª Ley de Faraday, mediante el uso del electrolizador. 4. Curva característica de la pila de combustible Determinación de la 1ª Ley de Faraday, mediante el uso del electroelizador. 5. Eficiencia de Faraday y eficiencia energética de la pila de combustible Estudio de la eficiencia energética de la pila de combustible. 6. La primera ley de Faraday mediante una pila de combustible Demostración de la 1ª Ley de Faraday, mediante el uso de una pila de combustible. 7. Conexión de pilas de combustible en paralelo y en serie Estudio del comportamiento de las pilas de combustible en diferentes configuraciones de trabajo. Página 4 de 6

5 Bibliografía [1 Básico] Hydrogen and fuel cells :emerging technologies and applications / Bent Sorensen. Elsevier Academic Press,, Amsterdam [etc.] : (2005) [2 Básico] The Hydrogen energy transition: moving toward the post petroleum age in transportation / edited by Daniel Sperling and James S. Cannon. Elsevier,, Burlington [etc.] : (2004) [3 Básico] Fuel cell technology :reaching towards commercialization / [edited by] Nigel Sammes. Springer,, New York : (2005) [4 Básico] PEM fuel cells: theory and practice / Frano Barbir. Elsevier Academic Press,, San Diego, California : (2005) [5 Básico] Electrochemical engineering principles / Geoffrey Prentice. Prentice Hall,, Englewood Cliffs, NJ : (1991) [6 Básico] Principles of fuel cells / Xianguo Li. Taylor and Francis,, New York : (2005) [7 Básico] The metal-hydrogen system :basic bulk properties / Y. Fukai. Springer,, Berlin [etc.] : (2005) [8 Recomendado] Hydrogen as an energy carrier :technologies, systems, economy / Carl-Jochen Winter, Joachim Nitsch (eds.) ; [translated by Peter R. and Sarah B. Hoffmann]. Springer-Verlag,, Berlin ; (1988) [9 Recomendado] Advances in hydrogen energy / edited by Catherine E. Grégoire Padró and Francis Lau. Kluwer Academic/Plenum Publishers,, New York : (2000) [10 Recomendado] Electrochemical hydrogen technologies Harmut Wendt - (1990) X [11 Recomendado] Fuel cell systems explained / James Larminie, Andrew Dicks. John Wiley & Sons,, Chichester [etc.] : (2003) - (2nd ed.) X Página 5 de 6

6 [12 Recomendado] Fuel cell fundamentals / Ryan O'Hayre... [et al.]. John Wiley & Sons,, Hoboken, NJ : (2005) Equipo Docente ANTONIO GÓMEZ GOTOR (COORDINADOR) Categoría: PROFESOR EMERITO Departamento: INGENIERÍA DE PROCESOS Teléfono: Correo Electrónico: antonio.gomezgotor@ulpgc.es Página 6 de 6