LA PILA DE COMBUSTIBLE, EL VEHÍCULO Y EL TRANSPORTE

Transcripción

1 LA PILA DE COMBUSTIBLE, EL VEHÍCULO Y EL TRANSPORTE octubre 2012 I CONGRESO DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL

2 Evolución del parque mundial EN 10 AÑOS SE PASARÁ DE 850 MILLONES DE VEHÍCULOS A MILLONES CIRCULANDO POR NUESTRO PLANETA, ALCANZANDO LA CIFRA DE MILLONES EN FUENTE: GM

3 GRADO DE ELECTRIFICACIÓN VEH Micro Función start/stop No opción eléctrico VEH Medio Función start/stop Freno regenerativo Apoyo eléctrico No opción eléctrico VEH Completo Función start/stop Freno regenerativo Opción eléctrico (pocos km) VE Baterías VE Pila de Combustible VEH Enchufable Carga externa Opción eléctrico con mayor autonomía

4 PILA DE MEMBRANA POLIMÉRICA Temperatura trabajo: ºC Rendimiento: 40 50% La más leve impureza del hidrógeno provoca daños en la pila.

5 DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE

6 VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS: BAJO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL: EMISIONES CERO EN EL PUNTO DE USO. RUIDO MUY REDUCIDO NO ESTÁ SUJETA A CARNOT ELEVADO RENDIMIENTO BAJO MANTENIMIENTO: NO PARTES MÓVILES INCOVENIENTES: PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO ELEVADO COSTE DE OPERACIÓN Y FABRICACIÓN (4.000 /kw) PUESTA EN MARCHA MUY LENTA TECNOLOGÍA EN FASE DE DESARROLLO

7 COMPORTAMIENTO DE LA PILA DE COMBUSTIBLE Pérdidas por activación (pérdidas debidas a la reacción electroquímica) Pérdidas óhmicas (pérdidas debidas a la conducción iónica y electrónica) Pérdidas de concentración (pérdidas debidas al transporte de masa)

8 VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO DE PILA DE COMBUSTIBLE

9 SUBSISTEMAS DE CONTROL DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE

10 CONFIGURACIONES HÍBRIDAS Un vehículo híbrido de pila de combustible (VHPC) tiene una batería o ultracondensador en paralelo con el sistema de pila de combustible. El funcionamiento del VHPC permite un uso más eficiente de la alta densidad de energía de la pila y de la alta densidad de potencia de la batería. Cuando la demanda de potencia es alta, como en una aceleración, las baterías proporcionan la potencia necesaria. Cuando la demanda de potencia es baja, como en condiciones de velocidad crucero, la pila proporciona la potencia. Las baterías se recargarán durante los periodos de baja potencia. Así pues, dependiendo de los requerimientos de potencia y de energía, la pila se podría diseñar bajo el punto de vista de velocidad crucero, y la batería para proporcionar potencias pico.

11 MODOS DE OPERACIÓN a) BATERÍA PILA b) PILA MOTOR MOTOR c) PILA d) PILA BATERÍA MOTOR MOTOR

12 ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO COMPRIMIDO (350 bar) LICUADO (-253 ºC) HIDRUROS METÁLICOS M H MH 2 2 NANOTUBOS GASOLINA REFERENCIA H 2 COMPR. (34 69 MPa) H 2 LÍQUIDO (20 K) M. HIDRURO FeTi (1,2%) Energía (MJ) Peso Combustible (kg) Peso (kg) Tanque Peso Sistema Combustible (kg) 13,9 4,7 4,7 4,7 6,3 63, ,6 547,5 20,4 67,9-90,5 23,3 552 Volumen (l) 18, ,3

13 SEGURIDAD DEL HIDRÓGENO II Experimento: M. Swain y Univ. Miami 1937 HINDERBURG

14 Vehículos de pila de hidrógeno GM ElectroVan (1966) PRIMER vehículo de pila de combustible. Hidrógeno líquido subenfriado y oxígeno líquido. Pila de hidrógeno: Union Carbide 5KW. Velocidad punta: 112 Km/h. Autonomía: 240 km.

15 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 VOLKSWAGEN Tiguan HyMotion Pila: 80 KW / PEM Fabricante: Volkswagen (HT-FC/ High Temperature) Configuración Híbrida Vel. Máx: 150 Km/h Depósito H 2 : Gas a 700 bares Capacidad: 3.2 Kg Fabricante: - Autonomía: 250 Km Fuente:

16 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 RENAULT Scenic ZEV H2 Pila: 90 KW / PEM Fabricante: Nissan Configuración Híbrida Vel. Máx: 160 Km/h Depósito H 2 : Gas a 360 bares Capacidad: 3.5 Kg Fabricante: - Autonomía: 350 Km Fuente:

17 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 GENERAL MOTORS Equinox FCEV Pila: 93 KW / PEM Fabricante: GM Configuración Híbrida Vel. Máx: 160 Km/h Depósito H 2 : Gas a 700 bares Capacidad: 4.2 Kg Fabricante: Quantum Autonomía: 320 Km Fuente:

18 Vehículos de pila de hidrógeno Mercedes B Fuel Cell (2010) Pila PEM: 93 kw Depósito H 2 : 700 bar Capacidad: 3,7 Kg Autonomía: 385 Km

19 Nissan X-TRAIL (2012) Vehículos de pila de hidrógeno Fuel Type: Storage Compressed hydrogen gas High-pressure Hydrogen tank (35 Mpa) Fuel Cell System Type PEFC (Polymer Electrolyte FC) Max. Output (kw) 90 Supplier Developed by Nissan Battery system Type Compact Lithium-ion battery (laminate type) Electric traction system Type Coaxial motor integrated with reduction gear Max. power (kw) 90 Max. torque (Nm) 280 Perfomance km (s) 10 sec Top speed (km/h) 150 Operating range (km) Over 370 km

20 PROYECTO CUTE: MERCEDES CITARO PILA PEM FULLPOWER 205 kw, CGH bar RESULTADOS PROYECTO CUTE (JUNIO 2003): 3 AUTOBUSES, km recorridos, pasajeros transportados, kg de hidrógeno empleados

21 PROYECTO CITYCELL: IVECO CITYCLASS HÍBRIDO CON PILA PEM 62 kw, CGH bar

22

23 EPISOL

24

25

26 Marca: Ballard P máx = 1.2 kw Pila de combustible U = 26 P máx

27 Banco de ensayos

28 EPISOL

29 VISIÓN EUCAR 2030 AUTOPISTA VEHÍCULO CONVENCIONAL COMARCAL URBANO VEHÍCULO HÍBRIDO VEHÍCULO PLUG-IN PILA DE COMBUSTIBLE PURO ELÉCTRICO

30 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN José Mª López Martínez Doctor Ingeniero Industrial I CONGRESO DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL