La ventana hacia una visión diferente de la energía. ARIEMA Aplicaciones de hidrógeno y pilas de combustible. Rubén Pozo

Transcripción

1 La ventana hacia una visión diferente de la energía ARIEMA Aplicaciones de hidrógeno y pilas de combustible. Rubén Pozo

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 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

4 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

5 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.

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

7 Tipos de pilas T ( o C) Aplicaciones Ventajas Inconvenientes PEM Transporte, electrónica, electricidad -T, -corrosión, fácil arranque Catalizadores caros Sensible a impurezas AFC Espacio y militar Buen comportamiento Eliminar CO2 de fuel y aire es caro Fiabilidad PAFC Transporte y electricidad probada Platino Bajas prestaciones MCFC Electricidad Las de alta T Corrosión. Tecnología alta T SOFC Electricidad Las de alta T Tecnología alta T

8 PAFC MCFC SOFC PEFC H 2 Fuel Fuel Fuel Fuel CO Veneno (>0.5%) Fuel Fuel Veneno (>10ppm) CH 4 Inerte Inerte Fuel Inerte CO 2 & H 2 O Inerte Inerte Inerte Inerte S Veneno (>50 ppm) Veneno (>0.5 ppm) Veneno (>1.0 ppm) Sin datos completo s

9 Tipos de Reacciones

10 APLICACIONES Tipos de Aplicaciones Aplicaciones Portátiles Aplicaciones al Transporte Aplicaciones Estacionarias

11 APLICACIONES PORTÁTILES Motorola. DMFC Toshiba. PEMFC + MH Nokia. DMFC FHG ISE. PEMFC + MH

12 Transporte: tierra, mar y aire bicicletas eléctricas motos coches autobuses furgonetas camiones barcos submarinos aviones naves espaciales Palcan. 2 kw PEMFC MH H 2 Mercedes Benz 85 kw PEMFC H bar Fastec 12 kw PEM FC H 2 comp. IVECO-IRISBUS 65 kw PEMFC H bar FCX / HONDA 85 kw PEMFC H bar Shuttle 36 kw AFC H 2/O 2 líquido Duffi / Anuvu 6 kw PEM FC

13 Componentes Por ejemplo Honda FCX Clarity

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15 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

16 Comparativa Propulsión Hibrido Combustible Eq.litro /100km gco2 /km mgch4 /km mgnox/ km Eq.gCO2 /km Gasóleo 6, Motor combustión interna no sí Gasolina Gas natural Hidrógeno Gasóleo Gasolina Gas natural 6,59 7,00 6,37 5,19 5,18 5, Hidrógeno 4, Pila de combustible no sí Gasolina Hidrógeno Gasolina Hidrógeno 5,56 3,55 4,84 3, ,5 0 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

17 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

18 En España

19 AUTOBUS EMT MADRID

20 Visión de futuro en las aplicaciones al transporte 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)

21 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!

22 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

23 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

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

25 Fotos del proyecto APACHE

26 APLICACIONES ESTACIONARIAS Uso en aplicaciones estacionarias: Producción continua de electricidad, producción eléctrica y de calor para un suministro continuo. Sistemas de SAI, Sistemas de Alimentación ininterrumpida que aseguran un continuo funcionamiento eléctrico.

27 Aplicaciones estacionarias UTC-FC. 200 kw PAFC. NG SIEMENS. SOFC. NG BALLARD. 200 kw PEMFC. NG MTU. 250 kw MCFC. NG

28 Aplicaciones estacionarias :Back-up Sistema completo de 5 kw de Plug Power Vista frontal

29 Aplicaciones estacionarias :Back-up Sistema completo de 5 kw de Plug Power Vista trasera

30 Aplicaciones estacionarias :Back-up Sistema completo de 5 kw de Plug Power Detalle de conexiones del stack

31 Algunos Proyectos en los que ARIEMA ha participado: RES2H2 ITHER HIDROSOLAR 21 HIDROBACKUP

32 RE2H2 Cliente: Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) 6 pilas Potencia total: 30 kw

33 ITHER: Fundación del Hidrógeno de Aragón 100 kwh 7 kw 6,3 kwp Gestión de la Energía 20 kwh 5 kw GenCore

34 Proyecto Hidrosolar 21 Pila de combustible 5 kw en Burgos Proyecto Hydrosolar 21

35 La ventana hacia una visión diferente de la energía