Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial. Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de CO 2

Transcripción

1 Hacia un transporte sin emisiones de Gregorio Marbán Instituto Nacional del Carbón (CSIC) Fronteras de la Energía Benasque 8 de Julio de 2009 CSIC Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase transversal Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Opciones más o menos disponibles hoy en día Biocombustibles sostenibles La gran apuesta de futuro 1

2 Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Pastel de la energía en el mundo Geo, solar, eólica Hidroeléctrica Nuclear Gas Natural Carbón Biomasa Petróleo 0.3% 0.4% 5.4% 5.4% 7.4% 12.7% 15.5% 8.2% 11.2% 3.8% En el mundo 0.3% En España 40.7% 18.1% Pérdidas por distribución Redes de Electricidad 38.1% 27.0% 4.3% 4.2% 0.5% 16.6% 44.3% 12.5% Redes de Calor e Industria 11.8% 0.9% 16.7% 24.1% 20.2% Industria Residencial y otros( ) Transporte Porcentajes de Energía Primaria Mundial (año 2004): 11.7 Gtoe = TWh = 496 Quad (10 15 BTU) Agricultura, comercios, servicios y no especificados 2

3 Emisiones de en el mundo Geo, solar, eólica Hidroeléctrica Nuclear Gas Natural Carbón Biomasa Petróleo 0% 0% 0% 0% 7.3% 12.5% 26.1% 13.8% 0% 4.6% En el mundo 0% En España 28% 21.8% Pérdidas por distribución Redes de Electricidad 38.0% 38.0% 4.3% 4.2% 0.5% 16.5% 40.7% 12.5% Redes de Calor e Industria 14.4% 0.9% 20.4% 22.1% 18.6% Industria Residencial y otros( ) Porcentajes de emisiones antropogénicas de en el mundo (año 2004): 26.7 Gton Agricultura, comercios, servicios y no especificados Transporte Panorama energético español Petróleo y en España Consumo de energía (ktep) Fuente: INE Nuclear 13.0 Gas Natural (2.25 ton /tep) Petróleo (3.00 ton /tep) Carbón (3.85 ton /tep) Año Solar Geotérmica Biocarburantes Biogás Biomasa y residuos Eólica Hidráulica La disminución del consumo de petróleo en España es la clave para alcanzar los objetivos de emisiones de impuestos por Kioto 3

4 Panorama energético español Petróleo y en España Emisiones de (kton) Fuente: INE 0 Kioto (263 Mton) Control Cambio Climático (~2 ton CO2/persona) Año Reducción de emisiones en el Transporte por carretera g /km Viajeros Mercancías Actual Kioto Control C.C (año 2050) La disminución del consumo de petróleo en España es la clave para alcanzar los objetivos de emisiones de impuestos por Kioto Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible 4

5 Premisas para avanzar hacia un transporte sin Dado el crecimiento imparable del sector transporte, las medidas a tomar han de tener carácter inmediato Las medidas a adoptar no pueden resolver el problema aquí generando otro problema allí. Las nuevas tecnologías deben traer aparejados estándares de sostenibilidad Priorizar medidas de eficiencia Priorizar tecnologías que puedan hacer uso de las infraestructuras actuales Promover la transición entre tecnologías en lugar de introducir cambios radicales Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible 5

6 Fase 0. Control sobre la demanda MEDIOS Sobre qué medios actuamos? Favorecer Transporte público Autobús Tren (alta velocidad) Tren (convencional) Coche Diésel (2 ocupantes) Coche gasolina (2 ocupantes) Avión (1.500 km) Avión (500 km) Coche Diésel (1 ocupante) TRANSPORTE DE VIAJEROS Año Emisiones de (gramos / pasajero y km) Handbook of Transport and the Environment. Elsevier,, pp Fase 0. Control sobre la demanda MEDIOS Sobre qué medios actuamos? Favorecer Barco Tren (eléctrico) Gabarra Tren (Diésel) Camión (35 ton) Camión (20 ton) 33% 17% TRANSPORTE DE MERCANCÍAS 45% 11% Año 1997 Crecimiento en ton x km ( ) Avión (1.500 km) Avión (500 km) 43% Emisiones de (gramos / tonelada y km) Transport at a crossroads. EEA Report. No. 3 / 2009 Handbook of Transport and the Environment. Elsevier,, pp

7 Fase 0. Control sobre la demanda MODOS Hay que tener claro sobre que modos de transporte se puede actuar. Por ejemplo: es difícil actuar sobre los viajes de placer por su impredictibilidad Llevar a los niños en transporte público (impidiendo el tráfico privado alrededor de los colegios) Incitar a ir menos de tiendas pero comprar más DISEÑO DE CIUDADES Las ciudades que se diseñan para ser amplias y poco densas CONSUMEN MÁS ENERGÍA EN TRANSPORTE MEDIDAS COERCITIVAS Placer Tarifas por congestión de tráfico en centros de ciudades populosas (p.ej. Londres; desde 2003, 8 libras al día) > Una subida del 10% en la gasolina produce un aumento del 21% en la demanda de transporte en autobús y un 18% en la de trenes de cercanías 31% Densidad de población (hab./ha) 25 a a 100 Trabajo 15% Educación 6% Tiendas 19% Viajes de negocios 8% Niños al colegio 9% Asuntos privados 12% Consumo de energía en transporte per capita (MJ/hab.) Transport at a crossroads. EEA Report. No. 3 / 2009 Fase 0. Control sobre la demanda COMPARTIR Compartir el coche es un hecho en muchos países (Suiza: 2% del tráfico) Con un aumento del 10% en la ocupación de nuestros coches (de 1,2 a 1,3 pasajeros por vehículo), en una ciudad de habitantes: Ahorro de combustible: litros Reducción emisiones : 21,1 toneladas (~10%) Liberación espacio urbano (parking): m etc. Recomendaciones del Ministerio de Medio Ambiente y del Instituto IDAE ( 7

8 Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Fase 1a. Vehículos de bajo consumo 250 DISPONIBLES Vehículos híbridos Smart 52 coupe micro híbrido (71 CV) Smart CDI Pure Coupe CDI (45 CV) Emisiones de (g/km) Diésel Gasolina Híbrido (Gasolina) 120 g/km Gasolina (<127 g/km) Gasolina ( g/km) Diésel (<117 g/km) Diésel ( g/km) Híbridos (de venta en España) Honda CIVIC 4P. 1.3 i- DSI HYBRID (116 CV) Toyota Prius Executive (78 CV+28 CV) Volkswagen POLO BLUE MOTION 1.4 TDI MAN. 5V (80 CV) Peso (kg) Vehículos convencionales pequeños Seat IBIZA ECOMOTIVE 1.4 TDI MAN. 5V (80 CV) Fuente: IDAE 8

9 Fase 1a. Vehículos de bajo consumo El motor de gasolina (ICE) recibe ayuda del motor eléctrico (EM) en las aceleraciones fuertes, haciendo que el ICE sea más eficiente Batería (Níquel-Metal hidruro) EM ICE Vehículos híbridos EMPLEO DE LA BATERÍA EN EL COCHE HÍBRIDO A baja velocidad o en punto muerto las baterías proporcionan toda la energía Fase 1a. Vehículos de bajo consumo Vehículos híbridos CARGA DE LA BATERÍA EN EL COCHE HÍBRIDO El ICE y el EM convierten gasolina en electricidad almacenada en las baterías, para ser usada cuando se necesite Emisiones normalizadas (1.300 kg) = 110 g/km Coches algo caros pero con precios en descenso El frenado regenerativo (p.ej. KERS) también carga las baterías a partir de la energía de la frenada 9

10 Emisiones de normalizadas = 53 g/km (REE 2008) Emisiones asociadas a la generación de electricidad Independencia energética (compañía eléctrica) Autonomía ~ km Solución de Better Place (California) Electrolineras (recambian la batería entera en ~1 minuto y la recargan con placas solares) Coche eléctrico vs. Coche de gasolina Emisiones de gases de invernadero en el coche Dependencia de la OPEP Más de 500 km de autonomía Vehículos eléctricos (disponibles en 2010) Recarga en varias horas Recarga en pocos minutos 1 céntimo /km 7 céntimos /km Baterías de ión-li Enchufe en casa Gaso- linera Los coches eléctricos SE HACEN MÁS LIMPIOS AL ENVEJECER, ya que la red eléctrica se va haciendo más limpia Baterías caras y pesadas Fase 1a. Vehículos de bajo consumo Híbrido puro Híbrido enchufable Vehículos híbridos enchufables (disponible en 2010) El motor eléctrico se utiliza en casi todas las ocasiones (p.ej. ciudad). Cuando se agotan las baterías, se recargan en casa o con el motor de gasolina. Usa menos de la mitad de combustible que un híbrido puro, y puede usar biodiésel 10

11 Fase 1a. Vehículos de bajo consumo 9000 Informe del D.O.E.. americano sobre previsiones de ventas de coches en el mercado americano (las tecnologías no indicadas tienen ventas marginales) Venta de coches (miles) Gasolina ICE Híbrido Flex-Fuel Etanol TDI Diésel ICE Híbrido enchufable 10 Híbrido enchufable Año Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible 11

12 + Fase 1b. Biocombustibles de primera generación El ciclo de la biomasa Utilización Globalmente: =0 (siempre que no se use energía sucia en la transformación) Fotosíntesis y crecimiento Biomasa Transformación en Biocombustibles El que se emite durante la utilización de la biomasa para generar energía es equivalente al que se ha fijado durante el crecimiento de la biomasa, SIEMPRE QUE NO SE UTILICE ENERGÍA SUCIA EN EL CRECIMIENTO y TRANSFORMACIÓN (fertilizantes de petróleo, gasolina en tractores, descarbonización del suelo, etc.) Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Son aquéllos producidos a partir de almidón, azúcares (bioetanol) o aceites vegetales comestibles (biodiésel) Gasohol o alconafta: UE = 10% Biocombustibles para 2020 España (Ley 22/2005) = Tipo 0 impuestos E10 = Mezcla de 10% de bioetanol anhidro y 90% de gasolina sin plomo (hasta 2012) Nomenclatura E85 = Mezcla de 85% de bioetanol anhidro y 15% de gasolina sin plomo E100: Bioetanol hidratado (tiene ~4% agua) B10, B85: Mezcla de 10, 85% de biodiésel y 90, 15% de gasóleo 12

13 Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Bioetanol EEUU 50% producción mundial (4% vs gasolina) Precursores almidonosos (~400 L/ton) kg etanol/ha/año En 2008 EEUU produjo millones de litros de bioetanol Inconvenientes Maíz molido Agua Fermentación Enzimas Carbón o petróleo (calentamiento) Combustibles fósiles (destilación, abonos, etc.) Se adicionan enzimas (degradación del alimidón) Etanol (96%) Destilación Agua V E85 /V gas ~ 1.5 (r.c. ~10) Líneas teflón 15% gasolina para encendido en frío Menos CO (30%), NO x (30%), partículas (25%) Sin gasolina (E100) Deshidratación Destilación azeotrópica Destilación extractiva Tamices moleculares Con gasolina (E15, E85) Eficiencia Es un proceso poco eficiente; sólo se genera 1,3 veces la energía fósil que se consume al producirlo (reducción de = 10-30%) r.c. > 15 V E100 /V gas ~ 1 Etanol (100%) 8 millones de coches flexfuel en EEUU Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Bioetanol Brasil 38% producción mundial (50% vs gasolina) Precursores azucarados (~100 L/ton) kg etanol/ha/año En 2008 Brasil produjo millones de litros de bioetanol Ventajas Azúcar de caña Agua Fermentación Enzimas Bagazo Carbón o petróleo (calentamiento) Rápido y denso crecimiento (gran producción por hectárea y año) Fermenta rápidamente (no necesita enzimas) Bagazo (residuo) de la caña de azúcar es un combustible excelente y excedentario Destilación Peligro Etanol (96%) Agua Sin gasolina (E100) Deshidratación Destilación azeotrópica Destilación extractiva Tamices moleculares Con gasolina (E15, E85) Etanol (100%) 7.5 millones de coches flexfuel en Brasil Eficiencia Es un proceso muy eficiente que genera 8 veces la energía fósil que se consume al producirlo (reducción de = 86-90%) La tala de árboles del bosque amazónico producida por la presión del cultivo de la caña de azúcar 13

14 Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Biodiésel Transesterificación de aceites vegetales (rendimiento > 95% peso) 1 L aceite (50-55 C) (agitar 1 hora) Reducción de -Aceite usado ~50% (EEUU) -Grasa animal -Aceite de colza -Aceite de girasol -Aceite de soja -Etc. En el proceso industrial se añade un 10 vol.% de metanol ml metanol + 6,5 g de NaOH (dejar reposar y enfriar durante 8h) COMPARACIÓN CON PETRODIÉSEL V B100 /V Diesel ~ 1.1, Menos CO (40%), HC (60%), partículas (60%), S (100%) Superior lubricidad Juntas vitón (B>35) Problemas encendido en frío (viscosidad) Más NO x (10%) Biodiésel (90% peso) Glicerina (10% peso) Fatty Acid Methyl Esters Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Precio biodiésel ayer en Jaca = /L Precio Gasóleo A ayer en Jaca = /L Impuestos (41%) = Subvención por bio = = /L Reducciones (50% reducción) = 1.25 kg/l Coste por reducción ayer en Jaca = 250 /Ton 14

15 30000 Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Producción (millones de litros) Año millones de litros (*) Maíz EEUU Caña de azúcar Brasil UE China Canadá BIOETANOL Producción mundial 2007: 50,000 millones de litros Productores del 99% Tailandia 1.8% de combustible BIO (UE = 1.4%, USA = 2.8%) millones de litros Bioetanol millones de litros Biodiésel millones de litros Gasolina, Diésel y keroseno Colombia India Producción (millones de litros) Producción mundial en 2007 BIODIÉSEL Producción mundial 2007: 11,000 millones de litros Productores del 86% (UE = 61%) Alemania EEUU Francia Indonesia Brasil Italia China Austria Portugal España Bélgica (*) Li and Liu, Appl Microbiol Biotechnol (2008) 80: P.E.R = 5.83% %Producción %Consumo %Capacidad Todo el bioetanol se transforma en ETBE, aditivo de la gasolina Producción (millones de litros) Producción Capacidad Fase 1b. Biocombustibles de primera generación ,01 1,32 2,81 BIOETANOL EN ESPAÑA ,06 1,88 5,25 Porcentajes de bioetanol y biodiésel en base al consumo de gasóleos y gasolinas Consumo en 2008 = 347 millones de litros Producción (millones de litros) Biocombustibles en España Según la APPA, las subvenciones y el dumping en otros países (EEUU) afectan al mercado español de biocombustibles 0 BIODIÉSEL EN ESPAÑA Producción Capacidad Importaciones Consumo en 2008 = 659 millones de litros Biogasolineras en España: 488 Biodiésel, 14 Bioetanol 15

16 Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Fase 2. Biocombustibles de segunda generación DISPONIBLE! BARATO! Queremos un combustible Bioetanol de celulosa Biodiésel de plantas no comestibles (Jatropha Curcas) ECOLÓGICO! DE ALTO RENDIMIENTO! QUE NO COMPITA CON LOS ALIMENTOS! Biodiésel de algas Biometanol de origen termoquímico 16

17 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Bioetanol de celulosa Caña de azúcar (70 L/Ton) Azúcar Fermentación Destilación Secado Etanol (Levaduras) Grano de maíz (360 L/Ton) Lignocelulosa (280 L/Ton) Conversión enzimática de almidón Pretratamiento Residuos del maíz/arroz Hierbas de forraje (gramíneas) Residuos urbanos Residuos forestales Residuos agrícolas Serrín Conversión enzimática de celulosa Lignina Calor Pretratamiento Separa las fibras ricas en celulosa y hemicelulosa Separa la lignina que puede ser quemada para dar energía a otras etapas Hay que evitar formación de inhibidores (furfural) Fuente: M Balat et al., Prog. Energ. Comb. Sci., 34 (2008) 551 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Bioetanol de celulosa Caña de azúcar (70 L/Ton) Azúcar Fermentación Destilación Secado Etanol (Levaduras) Grano de maíz (360 L/Ton) Lignocelulosa (280 L/Ton) Conversión enzimática de almidón Pretratamiento Residuos del maíz/arroz Hierbas de forraje (gramíneas) Residuos urbanos Residuos forestales Residuos agrícolas Serrín Conversión enzimática de celulosa Lignina Calor Pretratamiento Hidrólisis enzimática Separa Novozymes las fibras (Dinamarca) ricas en ha celulosa prometido y hemicelulosa a la industria del bioetanol que las Separa la lignina que puede enzimas más activas ser quemada para dar (celulasas) estarán listas energía a otras etapas para el año 2010 Hay que evitar formación de inhibidores (furfural) Fuente: M Balat et al., Prog. Energ. Comb. Sci., 34 (2008)

18 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Ventajas de la biomasa lignocelulósica Reducción de = 86% (Argonne National Laboratory) Desventajas de la biomasa lignocelulósica Hoy en día, bajos rendimientos de hidrólisis Actualmente los costes de producción son muy elevados (construcción = $0,09/L, pretratamiento = $0,08/L, enzimas = $0,04/L) Bioetanol de celulosa Capacidad mundial para 490 GL de etanol (consumo de gasolina en 2007 = 560 GL) Sólo con la paja de arroz se pueden obtener 210 GL de bioetanol El coste de la biomasa es muy bajo (en los biocombustibles de primera generación representa el 40-70% del coste total) Podría reemplazar el 25% de la gasolina en 2030 Paja de arroz Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Biodiésel de Jatropha Curcas SU FRUTO ES VENENOSO: NO COMPITE CON LOS ALIMENTOS! Las semillas tienen un contenido superior al 35% en aceite Sobrevive y crece en las tierras marginales, erosionadas y agotadas Necesita poca agua para crecer, aunque tampoco le molestan las lluvias copiosas Es la única planta oleaginosa cuyo ciclo productivo se extiende por más de 40 años Se adapta a suelos de poca fertilidad Produce cerca de litros de aceite por hectárea China planea cultivar una superficie equivalente a la de Inglaterra 18

19 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Árbol Jatropha Semillas de Jatropha Semilleros de Jatropha Fuente de carbono Fertilizante Biodiésel de Jatropha Curcas Aceite crudo Esterificación Biodiésel Prensa Biometanol Metanol Electricidad Torta de Jatropha Gasificador Jatropha Curcas, medio rural y economía sostenible 100% Reducción Exceso de electricidad Electrificación rural Generador (220V) TopRank E.S. Agriculture Co Ltd. (Camboya) Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Biodiésel de algas Chlorella vulgaris, Botryococcus braunii, Navicula pelliculosa, Scenedsmus acutus, Crypthecodinium cohnii, Dunaliella primolecta, Monallanthus salina, Neochloris oleoabundans, Phaeodactylum tricornutum, Tetraselmis sueica Foto-reactores De entre los aceites microbioanos, los procedentes de algas autotróficas son los más prometedores (40-80% en peso de contenido en aceite) Las algas pueden cultivarse tanto en estanques abiertos como en foto-reactores cerrados Problemas: uso de agua (el doble que en agricultura), cosecha (centrifugación, floculación, etc.) Maíz Soja Girasol Colza Aceitunas Jatropha Curcas Aceite de palma L aceite / Ha Hasta Se pueden poner cerca de fuentes Algas de (centrales térmicas) !

20 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Biometanol de origen termoquímico Calor / electricidad para el proceso Gas de síntesis (syngas) Bioetanol Gasolina FT Biomasa Gasificación / limpieza CO+H 2 (~1.000 C) Lecho fluidizado circulante Síntesis / destilación 270 C 50 atm Cu/Zn/Al Biometanol Biomasa: Residuos agrícolas, urbanos, forestales, industriales, cultivos energéticos, etc. Eficacia de conversión energética = 55% ($0,15-0,25/L; 100% reducción )* * CN Hamelinck, APC Faaij, J. Power Sources, 111 (2002) 1-22 Si tuviéramos que elegir un sólo combustible Producción anual mundial de biomasa 220 Gton (base seca) 100 Gtoe* Hoy en día ~25% Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Energía (Gtoe) consumida en el proceso de síntesis (fósil + renovable) # 8,8 Gtoe de cultivos energéticos* (1,28 Gha) 0,8 Gtoe de residuos agrícolas*** Consumo de energía primaria para transporte 2,1 Gtoe** (2004) ~4,5 Gtoe** (2050) (30% Eficiencia Motor) 1,5 + 0,0 0,1 + 1,8 & 0,0 + 0,9 0,0 + 33,0 0,0 + 4,3& Biomasa energética SOSTENIBLE anual 6 Gtoe* (2004) 4-13 Gtoe** (2050) 0,4 + 0,8 Residuos agrícolas, urbanos, forestales, industriales, cultivos energéticos, etc. Etanol Brasil (1,3 Gha) = 3,2 Gtoe Etanol EEUU (1,3 Gha) = 2,0 Gtoe Etanol lignocelulosa = 1,5 & -2,0 Gtoe ( & sólo cultivos energéticos y residuos agrícolas) Biodiésel Jatropha (1,3 Gha) = 1,9 Gtoe Biodiésel de algas (1,3 Gha) = hasta 66,0 Gtoe Biometanol (55% eficacia) = 5,3 & - 7,2 Gtoe ( & sólo cultivos energéticos y residuos agrícolas) # IEA, Biofuels for transport (2004) * R Sims, Climate change solutions from biomass, bioenergy and biomaterials, Int. Commission of Agricultural Engineering (2003) ** G Marbán y T Valdés-Solís, Int.J.Hydrogen Energy (2007) *** M Balat et al., Progress in bioethanol processing, Prog. Energy Comb. Sci. (2008) 20

21 Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Biometanol.. La transición hacia el hidrógeno M15 Sin modificaciones. Expendido en China (aunque no Bio). M85 Coches Flex-Fuel (California). Taxis y autobuses en China. Hacia la economía del Hidrógeno M100 Menores emisiones (CO, HC) Reducción = 23% Mejores propiedades antidetonantes Mayor eficacia de consumo (~10%) Menores emisiones (CO, HC) Reducción = 87% No son coches más caros La gasolina es para mejorar el encendido en frío L M85 /L gas = 1.7 El metanol es más corrosivo Toxicidad un poco superior a gasolina pero menos volátil Menores emisiones (CO, HC) Reducción = 100% Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Biometanol.. La transición hacia el hidrógeno M100 Motor ICE Eficacia ~30% (63-85% de la biomasa energética) M100 Pila de metanol directo H 2 O Eficacia ~20%* (hoy; cross-over) (93-127% de la biomasa energética) M100 Reformado de metanol H C, Cu/Zn/Ce *Chu, D. / Jiang, R., Electrochimica Acta, 51(26) (2006) Pila de H 2 (PEMFC) Eficacia ~45% (42-57% de la H 2 O biomasa energética) 21

22 Contenidos de la charla Contribución del transporte al consumo energético nacional y mundial Una hoja de ruta para minimizar las emisiones de Fase 0. Control sobre la demanda Fase 1a. Vehículos de bajo consumo y eléctricos Fase 1b. Biocombustibles de primera generación Fase 2. Biocombustibles de segunda generación Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Fuente de energía PUNTOS CLAVE PARA EL ÉXITO DEL H 2 EN TRANSPORTE 1- Selección de procesos LIMPIOS de producción de H 2 para transporte Transporte Gton H 2 2- Producción de H 2 centralizada o producción en estación de servicio 3- Almacenamiento de H 2 a bordo o producción a bordo H 2 Vector energético con la mayor densidad MÁSICA de energía P.C.I. = 121 GJ/ton H 2 = 2.7 toe / ton H 2 Pila de combustible 4- Sustituir platino en pilas de combustible 50% Eficacia Pila de Combustible ICE 0% Ciudad Inter Urbano Autopista 22

23 Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible 1.- Procesos LIMPIOS de producción de 1 Gton de H 2 para transporte (2050) S.P.A. de COMO FUENTES ÚNICAS (para 1 Gton H 2 ) (En realidad mix de fuentes de energía) Fuente x2004 %Máximo Años Carbón IGCC Carbón 2,3 1,4 72 Gas natural Biomasa Nuclear? Solar térmica Ref./Gasificac Gasificac. Ciclos termoquímicos CO <0 2 Bio-metanol vía syngas Reformado a bordo H 2 Gas Natural 1,4 2,0 50 Biomasa (Gasific( Gasific.) 3, Biomasa (Metanol) 4, Nuclear Solar fotovoltaica Solar térmica Eólica Geotérmica Gasificación biomasa Biomasa metanol Electrolizadores Almacenamiento H 2 Reformado a bordo Solar fotovoltaica Eólica ( (on shore) Geotérmica 1250 > Generación centralizada o descentralizada Coste por H 2 producido Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Descentralizada Pero hay que construir casi por completo la red de tuberías de distribución de H 2 Centralizada Coste de distribución Eficacia de producción Descentralizado Centralizado Biomasa (Gasificación) (2) Bio-metanol (2) Gas Natural (no CCS) (1) Electrolisis (e - sin ) (1) Gas Natural (no CCS) (1) Gas Natural (CCS) (1) Carbón (CCS) (1) Solar (Ciclo t.q.) (1) Bio-metanol (2) Biomasa (Gasificación) (2) Nuclear (Ciclo t.q.) (1) Biomasa (Gasificación) (1) (1) IEA-Prospects for Hydrogen and Fuel Cells 2005 (2) CN Hamelinck et al., J. Power Sources, 111 (2002) Coste medio de electricidad asumido por la IEA para estimaciones (0.035 $/kwh = 0.31$/gLe) Precio del Hidrógeno ($/gle) Coste medio industrial de gasolina-diesel en UE con el petróleo a 40$/barril (0.35$/gLe) 23

24 Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible Presurizado atm (fibras de carbono) 3.- Almacenamiento de H 2 o producción a bordo Criogénico -253 C (doble cámara aislante) Materiales carbonosos -196 C, 1 atm o o metanol? H 2 Mezcla para reformado autotérmico bio-metanol / agua: 12.1% H 2 en peso y 10.5 kg/100 L % H 2 5.1% H $/kgh 2 Además, el uso de biometanol permite: 3000 $/kgh 2 Producción centralizada Hidruros metálicos (B, Li, Na, Al ) C, atm Hasta 2% H 2 Redes organometálicas (MOF) -196 C, atm DOE-2010: 6% H 2 ; Uso de infraestructura actual de suministro de combustibles líquidos DOE-2015: 67 $/kg H 2 Hasta 8% H 2 Hasta 8% H 2 M100 Reformado de metanol H C, Cu/Zn/Ce Pila de H 2 (PEMFC) H 2 O Fase 3. Hidrógeno y pilas de combustible 4.- Platino y pilas de combustible e - Hidrógeno Membrana Aire H 2 Á C H O + 2 N Á H O + T ½O 2 + 2H + + 2e - H 2 2H + + 2e - H 2 O H + O D D H Aire Hidrógeno O + Agua sobrante O Electrolito H 2 O Las pilas de combustible de H 2 serán el corazón de los coches eléctricos del futuro. Estos coches serán limpios, silenciosos y muy eficientes PERO Una pila PEM opera a baja temperatura (<100 C) debido al tipo de membrana que usa (Nafión ) Posibles soluciones: El Platino es el único catalizador conocido con suficiente actividad en los electrodos a dicha temperatura Diseñar una membrana de más alta temperatura que permita usar catalizadores menos activos, aunque más baratos y disponibles Encontrar un catalizador con propiedades similares al Platino ( por ejemplo, carburo de tungsteno?) A medio plazo, la cantidad de Pt será de 0,2 g/kw. Para millones de coches (año 2020) dotados de conjuntos de pilas de combustible de 100 kw, necesitaríamos la tercera parte de las reservas mundiales de platino, o la cantidad extraída durante 340 años al ritmo actual 24