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1 PILAS DE COMBUSTIBLE: ENERGÍA LIMPIA 1

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN / DESCRIPCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. CÉLULA DE COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 2

3 1. INTRODUCCIÓN / DESCRIPCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. CÉLULA DE COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 DEFINICIÓN 1. Es un dispositivo que genera electricidad mediante un proceso electroquímico, por el cual la energía almacenada en un combustible se convierte directamente en energía eléctrica (Corriente Continua) 2. En este proceso también se produce calor, en una banda de 80 ºC a 1000 ºC, en función del tipo de célula utilizada 3

4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ESQUEMA DE PRINCIPIO Una Célula de Combustible de carbonato fundido, consiste en un electrolito embebido en una matriz que se coloca entre dos electrodos (ánodo y cátodo), en configuración tipo sándwich. 4

5 RENDIMIENTO COMPARACIÓN CON OTRAS FORMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA Proceso térmico convencional (35-45%): Energía química Energía térmica Energía mecánica Energía eléctrica Caldera Turbina Generador Célula Combustible (45-60%): Energía química Energía eléctrica APLICACIONES 5

6 APLICACIONES ELEMENTOS Un sistema de generación de energía eléctrica con Célula de Combustible, consta de tres elementos fundamentales: 1. Procesado de combustible 2. Sistema de potencia 3. Acondicionamiento de potencia 6

7 TIPOS DE CÉLULAS DE COMBUSTIBLE BAJA TEMPERATURA Tipos Electrolito Transportador de carga Temperatura de trabajo Potencias Aplicaciones PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) Membrana de Polímero H ºC kW Vehículos, edificios, navegación submarina, producción eléctrica, etc. DMFC (Direct Metanol Fuel Cell) Membrana de Polímero H ºC 1W 10kW Equipamiento electrónico militar PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) Ácido fosfórico H ºC 200kW 1MW Hospitales, edificios de oficinas, escuelas, etc. AFC (Alkaline Fuel Cell) Hidróxido de potasio OH ºC 1 100kW Investigación espacial, Tecnología de Defensa, etc. TIPOS DE CÉLULAS DE COMBUSTIBLE ALTA TEMPERATURA Tipos Electrolito Transportador de carga Temperatura de trabajo Potencias Aplicaciones MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) Carbonatos fundidos de potasio/litio CO ºC 1kW 100MW Aplicaciones estacionarias. Buques de superficie y submarinos.. ITSOFC (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell) Conductor cerámico de oxígeno O ºC 1kW 100MW Aplicaciones estacionarias. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Dióxido de Zirconio O ºC 10kW 100MW Aplicaciones estacionarias. 7

8 1. INTRODUCCIÓN / DESCRIPCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. CÉLULA DE COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 ANTECEDENTES Faraday desarrolla la producción de energía eléctrica mediante rotación de un imán alrededor de una bobina Carnot establece los principios termodinámicos que rigen la conversión del calor en movimiento William Rober Grove publica un artículo sobre una célula de combustible Nikolaus August Otto inventa el motor de combustión interna la NASA promueve el desarrollo de células para abastecimiento de electricidad y agua a naves espaciales. 8

9 IMPULSO DE ESTA TECNOLOGÍA El desarrollo tardío de células de combustible se ha debido a: Fácil disponibilidad de combustible. Escasa conciencia medioambiental. El actual impulso a esta tecnología se debe a: Crecimiento demanda de energía eléctrica Contaminación creciente Necesidad de utilización de combustibles alternativos Incremento conciencia medioambiental CONSUMO ENERGETICO MUNDIAL Mtoe 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2, Coal, lignite Oil Natural gas Nuclear, hydro, wind Biomass 9

10 EMISION MUNDIAL DE CO 2 Mt of de C CO Eastern Europe NIS Rest of OECD Japan EU USA Rest of Dev. Contries Latin America Rest of Asia India China KYOTO Mt of CO Business as usual Commitment EU Year 10

11 TENDENCIA COMBUSTIBLES SISTEMA ENERGETICO EUROPEO Renovables Gas Natural Biomasa Agua Viento Sol Electrolisis... Nuclear eléctrica Suministro Demanda Carbón Motores C.I. T r a n s p o r t e H 2 Motores Células Comb C.C. Comerc. Residencial Terciario E d i f i c i o s Nuclear directa Procesos Síntesis,... Generación Combinada I n d u s t r i a 11

12 VISION FUTURISTA 1. INTRODUCCIÓN / DESCRIPCIÓN 2. ANTECEDENTES 3. CÉLULA DE COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM

13 CELULA COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 CELULA COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 Calor Calor Frío Trigeneración Gas Natural Hidrógeno Corriente Continua Corriente Alterna Aire Módulo de Suministro (Media Supply) Célula Combustible (Hot Module) Cabinas Eléctricas 13

14 CELULA COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 CELULA COMBUSTIBLE IZAR-MTU HM-300 CH 4, H 2 O H 2 O, CO 2 Catalizador CH H 2 O CO H 2 Anodo H2 + CO 3 2- H 2 O + CO 2 + 2e - Reformado gas natural Reacción en ánodo Matriz con electrolito CO 3 2-2e - O 2, CO 2 Catodo CO2 + 1/2 O 2 + 2e - CO 3 2- Reacción en cátodo Escape 14

15 CARACTERÍSTICAS (I) Potencia eléctrica generada : 250 kwe Potencia térmica generada : 170 kwt Funcionamiento de la planta : 24 h/día,7 días/semana Tensión de salida : 400 V Número de celdas : 350 Bajo nivel contaminación atmosférica: SO X = 0 NO X =0 CO 2 = 3% no partículas. EMISIONES 15

16 CARACTERÍSTICAS (II) Bajo nivel contaminación acústica. Elevado rendimiento, incluso a cargas parciales. Elevada fiabilidad. Posibilidad de utilización de combustibles alternativos. Disminución de costes de transporte y distribución de energía eléctrica. Capacidad de cogeneración. Disminución del mantenimiento. RESULTADOS HORAS FUNCIONAMIENTO : horas ELECTRICIDAD : kw CALOR : kw FRÍO : kw 16

17 RESULTADOS RENDIMIENTO ELÉCTRICO EN C.C.: 53,2% RENDIMIENTO ELÉCTRICO EN C.A.: 46,4% RENDIMIENTO GLOBAL: 79,1% APLICACIONES ACTUALES de las FC CONFORME A RESULTADOS OBTENIDOS Requisitos de cogeneración y/o aprovechamiento de gases de proceso: Hospitales Industria Petroquímica Biogás: vertederos, aguas residuales Suministro bloque de viviendas Requisitos de calidad de corriente: Instalaciones militares Telecomunicaciones Proceso de datos Consumidores aislados 17

18 18

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