LAS NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA EN AUTOMOCIÓN NECESIDADES DE I+D PARA LA APLICACIÓN DEL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO EN AUTOMOCIÓN.

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1 LAS NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA EN AUTOMOCIÓN NECESIDADES DE I+D PARA LA APLICACIÓN DEL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO EN AUTOMOCIÓN 6 julio 2010 Dr. Iñaki Azkarate

2 2 Agotamiento Combustibles Fósiles Sostenibilidad Sistema Energético?? ENERGÍAS RENOVABLES Contaminación, Calentamiento Global ECONOMÍA DEL HIDRÓGENO 2 / Muskiz, 6 Julio 2010

3 3 Calentamiento Global / Incremento CO2 3 / Muskiz, 6 Julio 2010

4 4 Calentamiento Global. Previsiones 4 / Muskiz, 6 Julio 2010

5 5 Producción de Petróleo 5 / Muskiz, 6 Julio 2010

6 6 Producción de Gas Natural 6 / Muskiz, 6 Julio 2010

7 7 Producción de Carbón 7 / Muskiz, 6 Julio 2010

8 8 Capacidad del Parque Nuclear 8 / Muskiz, 6 Julio 2010

9 9 Previsiones del Parque Nuclear de la IAEA 9 / Muskiz, 6 Julio 2010

10 10 Fuentes de Energía 10 / Muskiz, 6 Julio 2010

11 11 Previsión de Instalaciones renovables / Muskiz, 6 Julio 2010

12 12 Contribución de Fuentes de Energía Renovables 12 / Muskiz, 6 Julio 2010

13 13 Previsión del escenario energético 13 / Muskiz, 6 Julio 2010

14 14 Economía del Hidrógeno 14 / Muskiz, 6 Julio 2010

15 15 Economía del Hidrógeno 15 / Muskiz, 6 Julio 2010

16 16 16 / Muskiz, 6 Julio 2010

17 17 17 / Muskiz, 6 Julio 2010

18 18 Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC). SRA Towards a 50% more efficient road transport system by / Muskiz, 6 Julio 2010

19 19 Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC). SRA Towards a 50% more efficient road transport system by / Muskiz, 6 Julio 2010

20 / Muskiz, 6 Julio 2010

21 21 21 / Muskiz, 6 Julio 2010

22 22 22 / Muskiz, 6 Julio 2010

23 23 NECESIDADES DE I+D EN LA INDUSTRIA DEL HIDRÓGENO Etapas de la Cadena del Hidrógeno 1 PRODUCCIÓN 2 ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN 3 CONSUMO 4 ASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRÓGENO 23 / Muskiz, 6 Julio 2010

24 24 Producción 1. PRODUCCIÓN Electrolisis de agua. Reformado de Hidrocarburos. Gasificación. Métodos Químicos y Termoquímicos. micos. 24 / Muskiz, 6 Julio 2010

25 25 Producción Electrolisis del agua - Mediante energía a eléctrica obtenida a partir de fuentes renovables. - Basado en la reacción n H 2 O H 2 + ½ O 2 Cátodo Ánodo 2 H2O + 2e OH 2OH- + H2 2OH H2O + 1/2O2 + 2e- - Electrolizadores Alcalinos. Tecnología a disponible comercialmente. Actualmente se produce Hidrógeno a presiones de hasta varias decenas de bares. 25 / Muskiz, 6 Julio 2010

26 26 Producción Electrolisis del agua - Electrolizadores PEM. 26 / Muskiz, 6 Julio 2010

27 27 Producción Reformado de Hidrocarburos - La mayor parte del Hidrógeno se produce mediante este método m a partir de metano. - Basado en las reacciones CH 4 + H 2 O ---- CO + 3H 2 CO + H 2 O ---- CO 2 + H 2 - Oxidación n Parcial (POX) - Reformado Autotérmico (ATR) 27 / Muskiz, 6 Julio 2010

28 28 Producción Gasificación de Biomasa - Biomasa / Gasificación. Se obtiene una mezcla de gases que se enriquece en Hidrógeno tras un proceso de purificación n generalmente basado en un proceso de adsorción/ n/desorción por cambio de presión n (PSA) Gasificación de Carbón C+H 2 O+calor ---- CO + H 2 28 / Muskiz, 6 Julio 2010

29 29 Producción Métodos Químicos y Termoquímicos - Consisten en reacciones químicas que ocurren a temperaturas elevadas (>500 C) en las que el balance total es la descomposición n de agua en H2 y O2. Se plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generan n las temperaturas necesarias, aunque también n hay otras que transcurren mediante energía a solar-térmica. rmica. Hay más m s de 100 ciclos propuestos, pero los más m s prometedores son: - CaBr 2 Fe 2 O 3 - H 2 SO 4 HI - Westinghouse 29 / Muskiz, 6 Julio 2010

30 30 Métodos Químicos y Termoquímicos Producción 30 / Muskiz, 6 Julio 2010

31 31 Métodos Químicos y Termoquímicos Producción Westinghouse 31 / Muskiz, 6 Julio 2010

32 32 Producción 1. PRODUCCIÓN. NECESIDADES DE I+D Aspectos transversales - CATALISIS - SEPARACIÓN - MATERIALES - TEORÍA A Y MODELACIÓN 32 / Muskiz, 6 Julio 2010

33 33 Almacenamiento 2. ALMACENAMIENTO El almacenamiento del hidrógeno es un elemento clave en la Cadena del Hidrógeno. La densidad energética gravimétrica del hidrógeno es tres veces superior a la de la gasolina, mientras que su densidad energética volumétrica es la cuarta parte. 33 / Muskiz, 6 Julio 2010

34 34 Almacenamiento 2. ALMACENAMIENTO Volumen de 4kg de hidrógeno, para propulsar un coche eléctrico con de pila de combustible, almacenado en diferentes formas; tamaño relativo al del coche Fuente: Hydrogen Storage. State Of The Art and Future Perspective. Tzimas, E., Filiou, C., Peteve, S.D., Veyret, J.B. European Commission Directorate General Joint Research Centre, Petten, 2003, ISBN / Muskiz, 6 Julio 2010

35 35 Almacenamiento 2. ALMACENAMIENTO Hidrógeno comprimido. Hidrógeno licuado. Hidruros. Hidrógeno absorbido en soportes sólidos. s 35 / Muskiz, 6 Julio 2010

36 36 Almacenamiento Hidrógeno Comprimido Es una tecnología a convencional y la más m s dominada entre las que se contemplan. 36 / Muskiz, 6 Julio 2010

37 37 Almacenamiento Hidrógeno Licuado Es una tecnología a suficientemente desarrollada 37 / Muskiz, 6 Julio 2010

38 38 Almacenamiento Hidrógeno Licuado Es una tecnología a suficientemente desarrollada aunque tiene algunas contrapartidas como: - El hidrógeno licua a -253ºC. - Los criotanques son equipos complejos. Presentan el problema de las pérdidas por evaporación n (boil( off). - El almacenamiento de hidrógeno líquido l es especialmente adecuado para su empleo en vehículos porque el requerimiento de espacio de los tanques de hidrógeno líquido l es menor. - El almacenamiento de hidrógeno líquido l para aplicaciones estacionarias tan sólo s se empleará cuando el hidrógeno realmente sea solicitado en forma líquida, por ejemplo, en las estaciones de servicio. 38 / Muskiz, 6 Julio 2010

39 39 Almacenamiento Hidruros - Los hidruros metálicos consisten en aleaciones en las que el hidrógeno se combina formando hidruros de estequiometrías más s o menos complejas. - A través s de una reacción n química se forman compuestos sólidos s metálicos. - De modo inverso, el hidrógeno se libera cuando se aplica calor a los materiales y mediante la reducción n de la presión. - Los metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistema a como la temperatura a la cual el hidrógeno puede ser recuperado. 39 / Muskiz, 6 Julio 2010

40 40 Almacenamiento Otros soportes sólidos - El hidrógeno puede también n ser adsorbido y almacenado de modo reversible sobre superficies sólidas s como resultado de la fisisorción o adsorción. - Materiales con una gran área específica como los carbonos nanoestructurados y los nanotubos de carbono son substratos posibles para la fisisorción. 40 / Muskiz, 6 Julio 2010

41 41 Almacenamiento Otros soportes sólidos - Zeolitas - Nanocomposites aerogeles - Metallic Organic Frame (MOF) - Bulk Amorphous Materials (BAM) - Hollow glass microspheres (HGM) 41 / Muskiz, 6 Julio 2010

42 42 Almacenamiento Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos. 42 / Muskiz, 6 Julio 2010

43 43 Almacenamiento Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos. 43 / Muskiz, 6 Julio 2010 Fuente: Hydrogen Storage. State Of The Art and Future Perspective. Tzimas, E., Filiou, C., Peteve, S.D., Veyret, J.B. European Commission Directorate General Joint Research Centre, Petten, 2003, ISBN

44 44 Energías de enlace de diversos materiales candidatos para el almacenamiento de hidrógeno Almacenamiento 44 / Muskiz, 6 Julio 2010

45 45 Almacenamiento 2. ALMACENAMIEMNTO. NECESIDADES DE I+D Aspectos transversales - CATALISIS - MATERIALES NANOESTRUCTURADOS - TEORÍA A Y MODELACIÓN - CARACTERIZACIÓN - SEGURIDAD 45 / Muskiz, 6 Julio 2010

46 46 Almacenamiento Tipo de almacenamiento Hidrógeno comprimido Hidrógeno licuado Hidruros metálicos Soportes sólidos Hidruros químicos 46 / Muskiz, 6 Julio 2010 Ventajas Tecnología dominada hasta presiones de bar. Alta densidad gravimétrica. Tecnología dominada. Alta densidad gravimétrica y volumétrica. Pureza. Alta densidad volumétrica. Seguridad. Densidades volumétrica y gravimétrica adecuadas. Pueden ser baratos. Alta densidad gravimétrica Desventajas / Barreras Voluminoso. Seguridad. Costos de compresión. Falta mejorar la tecnología para altas presiones Costo de licuefacción. Pérdidas por Boil off Temperaturas muy bajas, aislamiento térmico, materiales especiales. Baja densidad gravimétrica. Pesados. Caros. Alta temperatura de disociación. Refrigeración en la recarga. Complejos. Refrigeración en la recarga. No se confirman las expectativas iniciales. Toxicidad. Impurezas. Reacción de rehidrogenación.

47 47 Consumo 3. CONSUMO Pila de Combustible. Motor de Combustión n Interna. 47 / Muskiz, 6 Julio 2010

48 48 Consumo Pila de Combustible PEMFC 48 / Muskiz, 6 Julio 2010

49 49 Consumo Pila de Combustible SOFC 49 / Muskiz, 6 Julio 2010

50 50 Consumo Motor de Combustión Interna ICE 50 / Muskiz, 6 Julio 2010

51 51 Consumo 3. CONSUMO. NECESIDADES DE I+D Aspectos transversales - CATALISIS - MEMBRANAS - MATERIALES, QUÍMICA INTERFACIAL - TEORÍA A Y MODELACIÓN 51 / Muskiz, 6 Julio 2010

52 52 4. ASPECTOS TRANSVERSALES Seguridad Normativa Formacíó íón Safety of Hydrogen as Energy Carrier Difusión 52 / Muskiz, 6 Julio 2010

53 53 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 53 / Muskiz, 6 Julio 2010

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