VECTORES ENERGÉTICOS ASOCIADOS AL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS SUSTENTABLES

Transcripción

1 VECTORES ENERGÉTICOS ASOCIADOS AL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS SUSTENTABLES NOVA VEKTORS Sistemas inteligentes para un futuro sustentable Dr. Ramiro Rodríguez

2 DESARROLLO INTELIGENTE Para determinar si una ciudad es inteligente, se valora de manera integral: el uso óptimo de tecnologías, recursos y energía tal que mejore los servicios y el nivel de vida ciudadanos, a la vez que reduzca las emisiones de carbono.

3 OBJETIVOS GENERALES Planificar proyectos de GD y analizar la capacidad de transporte de electricidad en el SADI Conocer el costo específico de generación eléctrica para planificar la inversión de capital Conocer la distribución espacial y temporal de Recursos Renovables Evaluar las alternativas sobre el excedente de energía (ej: producción de hidrógeno y almacenamiento en la red de GN)

4 ATLAS NACIONAL DE DISTRIBUCIÓN EÓLICA Argentina cuenta con características técnicas inigualables en cuanto a recursos naturales aprovechables. El potencial de las ES es aprox. 80 veces superior al consumo. T. N. Veziroglu. El Sistema Energético del Hidrógeno en Argentina. Ac. Nacional de Ciencias. Miscelánea Nº 99. Córdoba, Argentina. (a 70 m). Velocidad Media Anual Viento 6 m/s en aproximadamente 70% del territorio continental. Velocidad Media Anual a 50m de altura en m/s Fuente: Centro regional de energía eólica - Ministerio de Planificación Federal, inversión Pública y servicios

5 ATLAS NACIONAL DE DISTRIBUCIÓN DE RADIACIÓN SOLAR El 100% del territorio nacional tiene una irradiación solar óptima cinco meses al año (entre octubre a febrero). Fuente: Grossi Gallegos, Hugo. red Solarimétrica del Servicio meteorológico nacional (Smn). Argentina, 1998

6 ATLAS NACIONAL DE DISTRIBUCIÓN DE BIOMASA Síntesis Nacional del balance oferta/demanda Contabiliza el saldo disponible para energía, en particular la relación entre el consumo y la oferta potencial. Proyectos destinados a la generación de electricidad con biomasa, cuantificado mediante estudios de campo, indican un potencial de 422 MW Fuente: Análisis del Balance de Energía derivada de Biomasa en Argentina - WISDOM Argentina -

7 FUENTES RENOVABLES INTERMITENTES ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Las fuentes renovables de energía, en general, se presentan naturaleza intermitente, por lo que algunas veces no cubren las necesidades inmediatas de la demanda y otras se desaprovechan los excedentes. Los Vectores Energéticos - intermediarios entre la energía primaria y el dispositivo de conversión- permiten guardar los excedentes de energía renovable para utilizarla posteriormente cuando (y/o donde) se la necesite, así como cubrir los períodos de déficit energético. Ejemplos: Hidrógeno Baterías Electroquímicas de ión-litio

8 HIDRÓGENO - OBJETIVOS ESPECÍFICOS Evaluación de Recursos: eólico, solar, biomásico, hídrico, etc. Requerimientos de energía anual para la producción de hidrógeno. Determinar el potencial de producción de hidrógeno electrolítico vía energías sustentables en Argentina. Evaluación de futuros escenarios energéticos sustentables. Costo de producción y distribución de Hidrógeno.

9 POTENCIAL NACIONAL DE PRODUCIÓN DE HIDRÓGENO Fuente: Agustín Sigal, Tabajo de Tesis Doctoral, 2013.

10 POTENCIAL NACIONAL DE PRODUCIÓN DE HIDRÓGENO Fuente: Agustín Sigal, Tabajo de Tesis Doctoral, 2013.

11 POTENCIAL NACIONAL DE PRODUCIÓN DE HIDRÓGENO MAPA DE POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO POR PROVINCIAS, ASOCIADO A LA DENSIDAD DE POBLACIÓN COMO INDICADOR Fuente: Patricia Villarroel Sáez, Tabajo de Tesis de Maestría, 2013.

12 POTENCIAL NACIONAL DE PRODUCIÓN DE HIDRÓGENO MAPA DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO POR DEPARTAMENTOS ASOCIADOS A PARQUES DE GENERACIÓN EÓLICA INSTALADOS ACTUALMENTE, COMO INDICADOR DE SUSTENTABILIDAD Fuente: Patricia Villarroel Sáez, Tabajo de Tesis de Maestría, 2013.

13 LA ENERGÍA DEL HIDRÓGENO El contenido de energía de 1 kg de hidrógeno ~ 3,8 litros de petróleo. El desafío es su almacenamiento eficiente para aplicaciones móviles.

14 EL DESAFÍO DEL HIDRÓGENO El futuro del empleo del hidrógeno como combustible depende del avance en cuatro áreas claves: Fuentes: el hidrógeno producir empleando electricidad LIMPIA de FUENTES SUSTENTABLES (eólica, solar, etc). Infraestructura: se debe distribuir a través de gasoductos y tanques especiales dentro de una red de estaciones de servicio. Sistema de almacenamiento: para aplicaciones vehiculares, la autonomía debe ser de varios cientos de kilómetros entre estaciones de servicio. Celda de combustible: donde se obtiene la energía eléctrica a partir del hidrógeno en un proceso de alta eficiencia.

15 PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO El HIDRÓGENO es candidato ideal para cumplir la función de almacenador y transportador de energía para satisfacer las diferencias entre oferta y demanda de las Renovables. Biomasa Hidro Eólica Solar Nuclear Petróleo Carbón Gas Natural

16 ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO COMPRIMIDO Hidrógeno Comprimido Almacenamiento como gas a presión ( bar). Este es el método más simple y económico de almacenamiento en aplicaciones vehiculares. Volumen de energía: A 200 bar 13 L de H2 = 1 L Nafta A 700 bar 6,4 L de H2 = 1 L Nafta El hidrógeno comprimido a 200 bar (ρ energía = 0,6 kwh/l) contiene sólo 5% de la energía de un volumen igual de gasolina.

17 ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO LÍQUIDO Hidrógeno Líquido Tanque de Hidrógeno Volumen de energía: (A -253 ºC) 3,6 L de H2 = 1 L Nafta El Hidrógeno se puede almacenar en estado líquido a muy baja temperatura (~ -253 C (20 K), ρ energía = 2,4 kwh/l). Para mantener tal temperatura el tanque debe tener pared doble, con aislación intermedia. El gasto de energía en la licuefacción y mantenimiento es del 35/40% del contenido de energía en el tanque.

18 ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO EN HIDRUROS Hidruros Metálicos El Hidrógeno se puede combinar químicamente con varios metales y aleaciones metálicas llamadas hidruros, en una reacción térmicamente reversible. El Hidrógeno penetra dentro del reticulado cristalino del metal y se aloja en los sitios intersticiales, pudiéndose acomodar más moléculas por volumen que los correspondientes al mismo volumen de H 2 líquido. Los hidruros son capaces de atrapar el Hidrógeno a presión relativamente baja (~ 170 bar, ρ energía = 3,3 kwh/l, LaNi 5 H 6 ).

19 VOLUMEN DE HIDRÓGENO CON EL CONTENIDO DE ENERGÍA DE 1 LITRO DE NAFTA Energía contenida en 1L de nafta Tecnología de almacenamiento de hidrógeno Presión (1 bar) Presión (200 bar) Presión (700 bar) Líquido (-253 ºC) Metal hidruro (MgH 2 ) Metal hidruro (Mg 2 FeH 6 ) 8,67 kwh Volumen de Hidrógeno de 8,67 kwh 3107 litros 13 litros 6,4 litros 3,6 litros 2,3 litros 1,7 litros Volumen de nafta de 8,67 kwh 1 litro

20 ALMACENAMIENTO EN MATERIALES CARBONOSOS Carbón activado grafito fullerenos Grafeno SW nanotubo Nanofibras grafíticas

21 USOS ENERGÉTICOS DEL HIDRÓGENO Como vector energético químico, el hidrógeno puede, en principio, utilizarse para todos los propósitos energéticos corrientemente alimentados por gas natural, petróleo y carbón. Cuadro de conversiones energéticas basadas en hidrógeno Hidrógeno Oxígeno Celdas de Combustible Motor de Combustión Turbina de Gas Quemador de Llama Quemador Catalítico H 2 O Electricidad Propulsión Calor de baja temperatura Calor de alta temperatura

22 MEDICIONES DE CAMPO DE GCSA Mapa de velocidades de viento actualizado Fuente: Agustín Sigal, Tabajo de Tesis Doctoral, Mapa de diferencias con el SIGE

23 MODELADOS LOCALES Mapa de producción de hidrógeno 75% eólico-25% solar, para el mes de Septiembre. Producción de hidrógeno solar, eólico y la suma de ambos, teniendo en cuenta un proyecto 75% eólico-25% solar, en un punto de la zona del Dto. Río Cuarto. Fuente: Agustín Sigal, Tabajo de Tesis Doctoral, 2013.

24 PROYECTOS INTERDISCIPLINARIOS EN LA UNC SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO Y GENERACIÓN DE ENERGÍA AMBIENTALMENTE AMIGABLES SECYT - PROYECTOS DE INVESTIGACION PROYECTOS "C"

25 VALORIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA DE LOS BIOCOMBUSTIBLES. APLICACIÓN DE TECNOLOGÍA SUPERCRÍTICA Obtención de hidrógeno a partir de la gasificación del glicerol, mediante reformado con agua supercrítica. Desarrollo de tecnologías para la utilización de glicerol como materia prima para la generación de otros productos con mayor valor agregado (Factibilidad económica de la producción del biodiesel) Laura J. Rovetto, Alexis R. Velez, Juan M. Milanesio

26 USOS DEL LITIO Por su elevado calor específico, el litio se emplea en aplicaciones de transferencia de calor Por su elevado potencial electroquímico constituye un ánodo adecuado para las baterías eléctricas Usos medicinales

27 SITUACIÓN ESTRATÉGICA Producción Global de litio (En metal equivalente)

28 SITUACIÓN ESTRATÉGICA América del sur posee el 75 % de las reservas de Litio mundiales The Trouble with Lithium Implications of Future PHEV Production for Lithium Demand by William Tahil Research Director Meridian International Research

29 POTENCIAL USO DE TECNOLOGÍA DE LITIO EN ARGENTINA Purificación del Carbonato de Litio por arriba del 90 % de pureza cuesta USD/Ton. Producción de Litio metálico. Por electrólisis a partir de sales fundidas. Producción de hidrógeno a partir de hidruros de litio. Producción de baterías de ion litio. La Empresa MAPU desarrolló con la UNC patentes de diseño y procedimientos sustentables, tendientes a la producción y purificación de Carbonato de Litio.

30 ESTRATEGIAS DE DESARROLLO Una batería de ion Litio require 0,3 kg de metal Li ó 1.5 kg de Li 2 CO 3 por kwh de capacidad de batería. Un auto híbrido promedio requiere unos 5 kwh en baterías esto es 1,5 kg de Litio o 7 kg de Li 2 CO 3 por auto. Un auto eléctrico requiere unos 50 kwh en baterías. Esto es 15 kg de Litio o 70 kg de Li 2 CO 3 por auto. El precio de las baterías de ion-litio va desde USD/ KWh (comparada a USD/kWh para la tecnología de Plomo ácido).

31 Energía específica ( Wh kg -1 ) FUTURO DE LAS BATERÍAS DE IÓN - Li Precio (US$ kwh -1 ) BATERÍAS DE ION-LITIO. Es el presente y su aplicación a medios de movilidad va a generar un gran desarrollo en la década que corre.

32 PROYECTOS INTERDISCIPLINARIOS EN LA UNC BATERÍAS DE ION-LITIO: DESARROLLO DE MATERIALES DE ELECTRODO PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO - PID

33 Baterías de ion-litio: Desarrollo de materiales de electrodo Resumen: Desarrollo de electrodos y electrolitos de celdas de litio ion para ser usados en diferentes áreas de aplicación de la industria como la automotriz. El desarrollo exitoso de este Proyecto permitirá: 1) Contar con tecnología actual a nivel local, de característica estratégica y de empleo potencial en el corto plazo. 2) Desarrollar procesos de fácil transferencia a la industria local debido a que las metodologías de elaboración que se pretenden desarrollar, así como los métodos de mejoras que se requieran, poseen la premisa de capacidad de escala y simpleza para facilitar su inserción en el sector productivo. 3) Desarrollar métodos de medición y control a escala de laboratorio transferibles a procesos de fabricación. Dejará instalada una capacidad nacional en tecnologías de punta y recursos humanos altamente calificados, preparados para encarar futuros desarrollos similares o ser referentes técnicos en la evaluación de tecnologías equivalentes para los organismos públicos nacionales y provinciales afectados por esta temática.

34 AGRADECIMIENTOS - COLABORACIONES Estos trabajos se realizan en conjunto con: UNIVERSIDADES-INSTITUTOS: UNC: FCEFyN, FaMAF, FCQ INIFTA, CNEA LAB ENERGÍAS RENOVABLES (UNPA-UACO) EMPRESAS: GENERADORA CÓRDOBA S.A. (GCSA), MAPU, ITHURBIDE

35 MUCHAS GRACIAS Ramiro Rodríguez