La ventana hacia una visión diferente de la energía. ARIEMA Aplicaciones de hidrógeno y pilas de combustible en el transporte.

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1 La ventana hacia una visión diferente de la energía ARIEMA Aplicaciones de hidrógeno y pilas de combustible en el transporte.

2 Una breve Introducción Qué es el Hidrógeno? Es un combustible muy abundante en la Tierra pero no directamente aprovechable. Por lo tanto no es una fuente de energía, sino un vector energético.

3 Una breve Introducción Cómo usar el Hidrógeno? Quemándolo como si fuera gas natural o glp combustión limpia combustión catalítica motores de combustión interna turbinas de gas / ciclos combinados Reacción: H2+O2 calor y H2O O usarlo de otra forma Pila de combustible Reacción: H2+O2 calor + H2O + electricidad

4 Una breve Introducción Qué es una pila de combustible? Una pila de combustible es un generador eléctrico. Convierte de directamente la energía química de un combustible en energía eléctrica. Al igual que una batería, es un proceso electroquímico de alto rendimiento. Al igual que un generador térmico, puede funcionar en continuo mientras tenga aporte exterior de combustible.

5 medio básico medio ácido Cómo funcionan? H 2 O 2 e - I H + H + H + H 2 e - e - O 2 Ánodo H 2 2H + +2e - Cátodo ½O 2 +2H + +2e - 2H 2 O OH - H 2 +2OH - ½O 2 +H 2 O+2e - H 2 e - OH - OH - e - O 2 2H 2 O+2e - 2OH -

6 Tienen sentido el hidrógeno y las pilas de combustible en el transporte? Frente al convencional: Bajo nivel de contaminantes Razonable rendimiento energético Bajo nivel vibraciones y ruidos Generación directamente eléctrica Frente al vehículo eléctrico: Autonomías razonables Tiempo de recarga cortos

7 El hidrógeno: propiedades físicas y químicas Hidrógeno Gasolina Propano Metano Poder calorífico inferior (kj/gr) Densidad gas (kg/nm 3 ) 0,090-2,010 0,717 Densidad energética gas (MJ/ Nm 3 ) 10,8-92,5 35,8 Densidad liquido (kg/l) 0,071 0, Densidad energética liq. (MJ/ l) 10,8 31,5 - - Límites de inflamabilidad (%) 4,0 75 1,0-7,6 2,1-9,5 5,3 15,0 Límites de detonación (%) 18,3-59 1,1-3,3 3,1-7 6,3-13,5 Mínima energía de activación (mj) 0,02 0,24 0,26 0,29 Temp. de comb. espontánea (K) Emisiones (mg CO 2 / kj) Visibilidad de la llama no sí sí sí Toxicidad (combustible y emisiones) no/no sí/ sí sí/ sí sí/ sí

8 Almacenamiento de hidrógeno depósitos de H2 comprimido. depósitos de H2 líquido. depósitos de hidruros metálicos. otros. En vehículos: Ligeros y compactos Sujetos a vibraciones y aceleraciones Elevado número de ciclos Condiciones extremas de temperatura Precio ajustado Operación (manipulación) no profesional Vida no excesivamente larga

9 Comparativa actual de los diferentes sistemas de almacenamiento de H2 Fuente:DOE

10 Almacenamiento de hidrógeno Depósitos para un coche (BMW) con autonomía 700 km * Gasolina Hidrógeno 350 bar Hidrógeno 700 bar Hidrógeno líquido Hidruros metálicos Estimación Batería Li-Ión Volumen (l) Peso combustible (kg) Peso depósito (kg) Estudio StorHy (2006) y datos de densidad baterías. * para MCI, con pila de combustible los resultados serían más favorables al hidrógeno

11 Componentes Por ejemplo Honda FCX Clarity

12

13 Híbrido e híbrido enchufable Híbrido: Los picos de potencia están cubiertos por batería, la potencia media por la pila de combustible Por permitir frenada regenerativa No tanto por eficiencia como en el MCI (régimen óptimo de operación) Sí por reducir potencia de la pila de combustible (tamaño, peso y precio) Híbrido enchufable: Para uso diario eficiente, recargar baterías Para gran autonomía y recargas rápidas, repostar hidrógeno

14 Comparativa Propulsión Hibrido Combustible Eq.litro /100km gco2 /km mgch4 /km mgnox/ km Eq.gCO2 /km Motor combustión interna Pila de combustible no sí no sí Gasóleo 6, Gasolina 6, Gas natural 7, Hidrógeno 6, Gasóleo 5, Gasolina 5, Gas natural 5, Hidrógeno 4, Gasolina 5, ,5 133 Hidrógeno 3, Gasolina 4, ,5 117 Hidrógeno 3, Baterías* - Electricidad 1, Datos Opel Zafira. Estudio Europeo Energía y Emisiones del Pozo a la Rueda en Vehículos Avanzados. LBST, GM * Tesla Roadster: características del fabricante

15 Consideraciones de seguridad H2 Seguro que es seguro? Depósitos H2 seguros (impacto, disparo, ) En caso de fugas, H2 muy seguro Sería necesario adaptar/regular garajes y túneles Experimento Univ Miami (Mike Swain) 2001 Vehículos H2 + FC de bomberos franceses y californianos

16 Permisos, reglamentos Reglamento (UE) 406/2010 (26/04/2010) relativo a la homologación de los vehículos de motor impulsados por hidrógeno En preparación la de vehículos de pila de combustible Intención de introducir hidrógeno y mezclas de hidrógeno en normativas Euro 5 y Euro 6 sobre contaminantes de vehículos Todavía el hidrógeno no está gravado con impuestos como combustible Algunas normas de ISO/TC 197 relativas al transporte por carretera

17 Algunos ejemplos

18 Vehículos de hidrógeno Más de 200 coches Más de 50 autobuses 40 bicis y motocicletas 30 vehículos de uso industrial 4 trenes 18 barcos 16 aviones 5 naves espaciales/cohetes con fichas de característica técnicas

19 En España

20 AUTOBUS EMT MADRID

21 Cálculo de la Eficiencia de la pila del autobús de la pila del proyecto CUTE? 250 Kw pico (pila) 140Kw consumo medio motor eléctrico consumo maximo 205kw 9 cilindros a 350 bar = 40 Kg de H2 Consumos eléctricos medios del autobús 10kw Eficiencia del motor eléctrico 90% Eficiencia del convertidor DC/DC 95% Velocidad media del autobús 40km/h Kilómetros recorridos 200km

22 Visión de futuro Qué dicen los políticos? Plataforma Europea HFC: 2050 sistema energético basado en H2 Libro verde abastecimiento energético para Europa: 2015: H2 en 2% de los vehículos 2020: H2 en 5% de los vehículos Qué dicen los fabricantes? Honda tiene 200 unidades del FCX Clarity (alquiler) Toyota, General Motors, Honda, Daimler y Hyundai anuncian comercialización en 2015 ($ un sedán gama alta)

23 Visión de futuro En los últimos años, desarrollo muy enfocado a vehículos 100% de hidrógeno y/o pilas de combustible. El uso de baterías (híbridos) ha sido fundamentalmente para regulación de potencia y disminución de potencia pico de la pila de combustible. Nuevo enfoque: integración de hidrógeno y pilas de combustible en vehículo eléctrico enchufable.

24 Visión de futuro Hidrógeno y pilas de combustible, frente a eléctrico enchufable: permite uso de renovables (y nuclear) ayuda a gestionar red eléctrica no contamina en su uso vehículos silenciosos y libres de vibraciones mayor autonomía! menor tiempo de recarga! menor eficiencia energética!

25 Visión de futuro Enchufable híbrido con hidrógeno y pila de combustible, frente a enchufable híbrido con gasolina: aumenta la autonomía reduce el tiempo de recarga mantiene el carácter no contaminante libre ruido y vibraciones no requiere generador eléctrico de momento, + coste y - fiabilidad

26 Proyectos aplicaciones al transporte Proyectos de aplicaciones al transporte en los que ha participado ARIEMA PSE PEIXE VERDE, eficiencia energética en barcos de pesca. (usos y aplicación real de pilas de combustible en barcos de pesca). CENIT SPHERA. Mayor proyecto de Hidrógeno en España con una presupuesto 30M, Ariema participa como socio en líneas de estudio de trabajo de usos de hidrógeno en barcos. APACHE, Aplicación de PilAs de Combustible e Hidrógeno en pequeños vehículos Eléctricos

27 Proyecto APACHE Esquema de funcionamiento. Hidruros Metálicos 1000sL de hidrógeno Pila de combustible Convertidor DC/DC VDC // 12VDC (89%) Pila de combustible de 400W eficiencia 47% Bus a 12VDC 90Ah 12V batería Motor de la Embarcación 500W a 12 V

28 Amperios(A) Voltaje (V) Esquema de funcionamiento Relación intensidad-voltaje-potencia setpoint del DC/DC 11.8V Potencia W 10 I baterias (A) I total(a9/potencia W Voltaje de la pila I Pila Voltaje del convertidor

29 Fotos del proyecto APACHE

30 La ventana hacia una visión diferente de la energía

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