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explicacion del porqué el hidrogeno es considerado un vector energético.
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“El hidrógeno como vector energético y las Pilas de Combustible”
Antonio González García-CondeDirector Departamento Aerodinámica y Propulsión – INTA
Vicepresidente de la Asociación Española del Hidrógeno
(Madrid, 1 de marzo de 2013)
Hidrógeno y Electricidad: “Hydricity”
Contenido:1. Fundamentos del Hidrógeno.
2. El mercado del hidrógeno: Producción, Almacenamiento, Logística de distribución y Transporte.
3. Utilización del hidrógeno (Transporte y Generación estacionaria) Pilas de Combustible-Fundamentos
4. El por qué del H2 en el transporte: Eficiencia, Consumo de energía, Emisiones y Capacidad de producción.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte: Vehículos con pilas de combustible y estaciones de llenado.
6. El por qué del H2 en la generación de potencia estacionaria: Concepto “Hydricity”.
7. La infraestructura de utilización del H2 en generación de potencia estacionaria: Generación con pilas de combustible.
8. H2, Pilas de Combustible: Generación de Empleo.
HIDROGENO: Fundamentos
Contenido:.1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 : Fundamentos de Pilas de Combustible
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Hidrógeno:El elemento más ligero y más abundante
del Universo
HidrHidróógeno:geno:
El elemento mEl elemento máás ligero y ms ligero y máás abundante s abundante del Universodel Universo
3.2 3.2 MeVMeV
Fusión Estelar:Dos átomos
de Hidrógeno forman uno de Helio y
proporcionan ingentes
cantidades de energía
FusiFusióón n Estelar:Estelar:
Dos Dos áátomos tomos de Hidrde Hidróógeno geno forman uno forman uno de Helio y de Helio y
proporcionan proporcionan ingentes ingentes
cantidades de cantidades de energenergííaa
Hidrógeno:En la atmósfera terrestre se encuentra tan
solo una fracción de 1 ppm en volumen
HidrHidróógeno:geno:
En la atmEn la atmóósfera terrestre se encuentra tan sfera terrestre se encuentra tan solo una fraccisolo una fraccióón de 1 n de 1 ppmppm en volumenen volumen
HH22 en los Hidrocarburosen los Hidrocarburos
HH22 en la Biomasaen la Biomasa
HH22 en el Aguaen el Agua
Los recursos energéticosLos recursos energLos recursos energééticosticos
H2 AguaHH22 AguaAgua
La economía del Hidrógeno
La economLa economíía del a del HidrHidróógenogeno
Fuente: Fuente: FundFund. Nuevas Tecnolog. Nuevas Tecnologíías del Hidras del Hidróógeno de Araggeno de Aragóónn
La economía del Hidrógeno
Fuente: Hydrogen - Sustainble energy for transport and energy utility market – NRW
La economía del Hidrógeno
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno:
- Producción
- Almacenamiento
- Transporte
- Distribución
3 Utilización del H2 : Fundamentos de Pilas de Combustible
4 El por qué del H2 en el transporte.
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
El mercado del Hidrógeno:Producción
El hidrEl hidróógeno no es un recurso natural, geno no es un recurso natural, el hidrel hidróógeno hay que producirlogeno hay que producirlo
GAS: Gas Natural o Bio-gasReformado de vapor o Oxidación parcial
ACEITES (Renovables o fósiles):Reformado de vapor o
Oxidación parcial
H2CARBON:
Gasificación
ALCOHOLES: Etanol, metanol derivados de gas o BiomasaReformado
AGUA y ELECTRICIDAD:Electrólisis de agua con
electricidad renovable
MADERA (Biomasa): Pirólisis
ALGAS:Foto-síntesis
ProducciProduccióón de Hn de H22
Gran diversidad de recursos y procesosGran diversidad de recursos y procesos
Fuente: Hydro
Producción de Hidrógeno
H-C Pesados
Petróleo Refino H-C Ligeros
Gases Refinería
Coke de Petróleo
Gas Natural
Carbón
Biomasa Fermentación Biogas
Digestión anaerobia
Residuos
Solar
OxidaciónParcial
Reformado
RE
NO
VA
BL
ES
GasificaciónPirólisis
NUCLEAR
H I
D R
O G
E N
O
Procesoscon aporte de calor,
agua y otros reactivos
Fuentes Primariasde Energía
Procesos.Conversión energía
Fuentes Secundariasde Energía H2
FO
SIL
ES
Conversión TérmicaCiclos Termo-
Químicos
(con aporte de energía TERMICA)
Gas Natural
Carbón
Residuos
Geotérmica
Solar Fotovoltaica
Eólica Aerogeneradores
Hidráulica Turbinas
Biomasa Metabolismo Fotobiolisis
Fotocatálisis
Fotoelectrólisis
Electrólisisde Agua
FO
SIL
ES
Petróleo(derivados)
NUCLEAR
H I
D R
O G
E N
O
Procesos.Conversión energía
Fuentes Primariasde Energía
Fuentes Secundariasde Energía
Procesoscon aporte de
electricidad, aguay luz solar
H2
RE
NO
VA
BL
ES
Electricidad
CiclosTermo-
Eléctricos
(con aporte de energía ELECTRICA y FOTONICA)
Producción de Hidrógeno
Producción Anual de Hidrógeno ~ 8 EJ ≅ 65 Mt , 745 bcm
•• El 96% se produce a partir de combustibles fEl 96% se produce a partir de combustibles fóósilessiles
•• El 95% de la producciEl 95% de la produccióón es n es ““cautivacautiva”” (se consume (se consume ““in situin situ””))
Fuente: ETE 05 - OCDE/IEA 2007
Producción de Hidrógeno actual
Fuente: UNICAMP 2004
El uso actual del HEl uso actual del H22 es industrial, no energes industrial, no energééticotico
Uso del Hidrógeno en la actualidad
Para abastecer la demanda del sector transporte en 2030, habría que multiplicar la producción actual de H2 por 17
¿ Cuánto hidrógeno haría falta para atender toda la demanda energética
mundial del sector transporte ?
¿ Cuánto hidrógeno haría falta para atender toda la demanda energética
mundial del sector transporte ?
En 2030 se necesitarán 3300 Mtep ~ 137 EJ( Fuente: OCDE/IEA: World Energy Outlook 2009 )
Producción mundial anual de H2 es ~ 8 EJ (año 2007)
Carburos Metálicos.
Central de Producción de H2por Reformado de GN
Fuente: ETE 05 - OCDE/IEA 2007
Costes de Producción del Hidrógeno
Fuente: Agencia Internacional de la Energía, 2005
El mercado del Hidrógeno:Almacenamiento
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno:
- Producción
- Almacenamiento
- Transporte
- Distribución
3 Utilización del H2 : Fundamentos de Pilas de Combustible
4 El por qué del H2 en el transporte.
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
•• Hidruros metHidruros metáálicos.licos.
•• LLííquido.quido.
•• Gas comprimido.Gas comprimido.
•• Nuevos materiales Nuevos materiales nanonano--estructurados.estructurados.
•• Materiales de CarbonoMateriales de Carbono
•• Compuestos quCompuestos quíímicos.micos.
Almacenamiento del Hidrógeno
44.546.350120Poder Calorífico Inferior (MJ/kg)
31.67 (MJ/l)86.5835.910.79Poder Calorífico
Inferior (MJ/m3)
0.73 (kg/l)1.870.720.09Densidad (kg/Nm3)
GasolinaPropanoMetanoH2Propiedad
El mercado del Hidrógeno:Transporte
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno:
- Producción
- Almacenamiento
- Transporte
- Distribución
3 Utilización del H2 : Fundamentos de Pilas de Combustible
4 El por qué del H2 en el transporte.
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Transporte del Hidrógeno
El transporte de hidrógeno por gasoducto requiere 4,6 veces más energía que el
transporte del gas natural (por unidad de energía transportada)
El transporte de hidrógeno licuado por barco o camión a largas distancias, lleva asociadas altas pérdidas de energía por
evaporación
La infraestructura de transporte de hidrógeno para fines energéticos se basará primero en la construcción e interconexión de una infraestructura de producción
distribuida y, posteriormente, centralizada.
( Hidrógeno en estado líquido 20.28 K )
El mercado del Hidrógeno:Logística de distribución
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno:
- Producción
- Almacenamiento
- Transporte
- Distribución
3 Utilización del H2 : Fundamentos de Pilas de Combustible
4 El por qué del H2 en el transporte.
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION
Logística de Distribución de Hidrógeno
Utilización del Hidrógeno Transporte y Generación EstacionariaPilas de Combustible
Contenido:.1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Fundamentos de Pilas de Combustible
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte
Sistemas de propulsión
Vehículos Híbridos. Cadenas de tracción
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Freno Regenerativo
Motor de Combustión
Motor Eléctrico
Gasolina
Batería
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Freno Regenerativo
Motor de Combustión
Motor Eléctrico
Tanque H2
Batería
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Vehículo Híbrido con Motor Combustión
Freno Regenerativo
Motor de Combustión
Motor Eléctrico
Tanque H2
Batería
Vehículo eléctrico con Pila de Combustible
Vehículo eléctrico con Pila de Combustible
Freno Regenerativo
Motor Eléctrico
Pila Combustible
Tanque H2
Batería
Gasolina y MCI
Hidrógeno y MCI
Hidrógeno yPila de Combustible
¿¿QuQuéé son las Pilas de son las Pilas de Combustible?Combustible?
Pilas de Combustible: Fundamentos
Contenido:.1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Fundamentos de Pilas de Combustible
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Definición
Una Pila de Combustible es un dispositivo electroquímico queconvierte directamente la energía química en energía eléctrica.
Energía Química
(Combustible+Oxidante)
Energía Eléctrica
Energía Térmica
Energía Mecánica
Motores Térmicos
Límite de Carnot
ηmáx =1-Tf/Tc
Pilas de Combustible
Combustióncon oxígeno
Generadorη ≈ 1
Pilas de Combustible
Principio de básico de funcionamiento(Pilas PEM)
AnodoAnodo CCáátodotodo
ElectrolitoElectrolito
Corriente elCorriente elééctricactrica
HidrHidróógenogeno
Ox
Ox íí
gen
og
eno
o A
ire
o A
ire
EscapeEscape
Pilas de Combustible
800-1000
600-650
200-220
50-100
70-80
80-100
T T operacioperacióónn
((ooCC))
H2 y CO del reformado
interno de gas natural o
gasificación de carbón
H2 de reformado de GN o metanol
Metanol diluido
H2 puro o de reformado de compuestos
hidrogenados
H2
CombustibleCombustible
100- 250 kW
100 kW-2 MW
50 kW-10 MW
0.01- 0.2
5-250 kW
5- 150 kW
PotenciaPotencia
40-50Polímeros
(PEM)
30-40Metanol Directo
(DMFC)
50-65Oxido sólidos
(SOFC)
45-60Carbonatos
(MCFC)
40-45Ácido Fosfórico
(PAFC)
60Alcalina(AFC)
RendimientoRendimiento(%)(%)
TecnologTecnologííaa
Pilas de Combustible: Tipos
Pilas de Combustible: Tipos vs Aplicaciones
Componentes (Pilas PEM)
MEMBRANAS y ELECTRODOS
Pilas de Combustible
MEA(Membrane Elecctrode Assembly)
Unidad básica conversión electroquímica
MONOCELDA
MEA + placas terminales
Componentes (Pilas PEM)
Pilas de Combustible
STACKApilamiento de varias monoceldasconectadas eléctricamente
Pilas PEM 2,5 y 5 kW, INTA (1996)
PLACAS BIPOLARESSeparación-Distribución GasesConducción de corriente
PLACAS TERMINALESActúan de terminales eléctricosy empaquetan el conjunto
Componentes (Pilas PEM)
Pilas de Combustible
Principio de funcionamiento
El número de celdas en el “stack” determina la tensión total.
El área de cada celda determina la intensidad total.
La potencia vendrá dada por el producto de la tensión y la intensidad.
La diferencia entre el calor de reacción y el trabajo eléctrico producido es evacuada en forma de calor que puede ser recuperado para otros usos.
Pilas de Combustible
Curva V-I Potencia P=VI
Características de operación
1,231,23
1,001,00
V=VV=Vidid--ηηoo--ηηactact--ηηΩΩ--ηηccvv
iii (i (mAmA/cm/cm22))
ηηoo
ηηactact
ηηΩΩ
ηηcc
PP
iii (i (mAmA/cm/cm22))
Pilas de Combustible
RENDIMIENTO ELECTROQUÍMICO
ε= εT. εV. εF
RENDIMIENTO ELECTROQUÍMICO
ε= εT. εV. εF
Rendimiento electroquímico- Rendimiento termodinámico
(Máximo intrínseco)
εT= ∆G/∆H = -nF Veq/∆H
- Rendimiento de Faraday
- Rendimiento de voltaje
εV= V/Veq
εF= I/Imax
Características de operación
Pilas de Combustible
Potencia vs Rendimiento
PPεε
i (i (mAmA/cm/cm22))
A carga parcial más rendimiento
Características de operación
Pilas de Combustible
Corriente ContinuaCorriente Continua
No almacenan energía(No necesitan recarga)
Almacenan Energía (Necesitan recarga)
PilasPilasBaterBaterííasas
Generación continuaGeneración continua
No límite CarnotLímite de Carnot
PilasPilasMotor C.I.Motor C.I.
Potencia y Energía
desacopladas
A carga parcial más rendimiento
Pilas de Combustible
Comparación con Baterías y MCI
Ventajas/InconvenientesIntelligent Energy – Stack 75 kW
(EVS-21 – Monaco -2005)
Intelligent Energy – Sistema PC 10 kW
☺ Alta eficiencia.
☺ Respuesta rápida
☺ Sin emisiones.
☺ Carácter modular
☺ Silencioso.
Coste elevado.
Pilas de Combustible
Gas rico Gas rico en Hen H22HH22
Procesador de Combustible
“STACK” Acondicionador
de Potencia
Sistema de recuperación de calor
y potencia
CombustibleCCCC CA
Gas de Cola
Calor Residual
CA
Sistemas con pila de combustible
Aplicaciones Transporte (Automoción)
Aplicaciones Transporte (Automoción)
Aplicaciones EstacionariasAplicaciones Estacionarias
Pilas de Combustible
¿ Por qué el hidrógeno como combustible alternativo para el
transporte ?
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Contenido:.1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Sistemas de Propulsión Terrestre basados en H2 y Pilas de Combustible
- Eficiencia -
Sistemas de PropulsiSistemas de Propulsióón Terrestre n Terrestre basados en Hbasados en H22 y Pilas de Combustibley Pilas de Combustible
-- Eficiencia Eficiencia --
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte:
- Eficiencia
- Consumo energía
- Emisiones
- Capacidad de producción
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6 El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7 Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Los MCI presentan su punto de operación óptimo (el que ofrece un menor consumo específico de combustible), en o cerca de su punto de máxima potencia.Las pilas de combustible tienen rendimientos mayores a cargas parciales (a máxima potencia su eficiencia es menor).
Sistemas de propulsión basados en H2 y PC: EFICIENCIASistemas de propulsiSistemas de propulsióón basados en Hn basados en H22 y PC: y PC: EFICIENCIAEFICIENCIA
Diferencia principal entre sistemas de tracción basados en pilas de combustible y en motores de combustión interna
Ref.: Frano Barbir, PEM Fuel Cells: Theory and Practice.
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Sistemas de propulsión basados en H2 y PC: EFICIENCIASistemas de propulsiSistemas de propulsióón basados en Hn basados en H22 y PC: y PC: EFICIENCIAEFICIENCIA
Diferencia principal entre sistemas de tracción basados en pilas de combustible y en motores de combustión interna
Ref.: Frano Barbir, PEM Fuel Cells: Theory and Practice.
En un ciclo normal de conducción, en coches, motos y autobuses urbanos, la mayor parte del tiempo el motor opera a cargas parciales.
En estas condiciones, la eficiencia que se obtiene de los MCI está lejos de su máximo y las pilas de combustible pueden llegar a duplicar la eficiencia de los MCI.
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Análisis del Ciclo de Vida del combustible“Del Pozo a las Ruedas” (“Well to Wheels”)
Consumo de energía y Emisiones
del Pozo al Tanque del Tanque a la Rueda
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Sistemas de Propulsión Terrestre basados en H2 y Pilas de Combustible
- Consumo de Energía -
Sistemas de PropulsiSistemas de Propulsióón Terrestre n Terrestre basados en Hbasados en H22 y Pilas de Combustibley Pilas de Combustible
-- Consumo de EnergConsumo de Energíía a --
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte:
- Eficiencia
- Consumo energía
- Emisiones
- Capacidad de producción
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6 El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7 Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Sistemas de propulsión basados en H2 y PC: Consumo EnergíaSistemas de propulsiSistemas de propulsióón basados en Hn basados en H22 y PC: y PC: Consumo EnergConsumo Energííaa
• Las pilas de combustible ofrecen una clara reducción de consumo en el caso de las tecnologías de tracción por MCI que, hoy en día, son menos eficientes.
• En el caso de las mejores tecnologías (Diesel Inyección Directa CommonRail), las pilas solo consiguen una pequeña reducción.
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Sistemas de Propulsión Terrestre basados en H2 y Pilas de Combustible
- Emisiones -
Sistemas de PropulsiSistemas de Propulsióón Terrestre n Terrestre basados en Hbasados en H22 y Pilas de Combustibley Pilas de Combustible
-- Emisiones Emisiones --
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte:
- Eficiencia
- Consumo energía
- Emisiones
- Capacidad de producción
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6 El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7 Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Sistemas de propulsión basados en H2 y PC: EmisionesSistemas de propulsiSistemas de propulsióón basados en Hn basados en H22 y PC: y PC: EmisionesEmisiones
Las pilas de combustible ofrecen una clara reducción de emisiones tanto en comparación con las mejores como con las peores tecnologías de tracción por MCI de hoy en día.
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Sistemas de Propulsión Terrestre basados en H2 y Pilas de Combustible
- Capacidad de producción de H2 -
Sistemas de PropulsiSistemas de Propulsióón Terrestre n Terrestre basados en Hbasados en H22 y Pilas de Combustibley Pilas de Combustible
-- Capacidad de producciCapacidad de produccióón de Hn de H22 --
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte:
- Eficiencia
- Consumo energía
- Emisiones
- Capacidad de producción
5 La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6 El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7 Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Potencial de Producción de Combustibles de Automoción de origen Renovable para Europa después de 2020
- Escenario Alternativo de LBST [EU15] -
¿ Es relevante el H2 frente a otros combustibles alternativos?¿¿ Es relevante el HEs relevante el H22 frente a otros combustibles alternativos?frente a otros combustibles alternativos?
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
Nº de Vehículos de pasajeros que pueden alimentarse a partir de Recursos Energéticos Renovables en Europa después de 2020 [EU15]
¿ Es relevante el H2 frente a otros combustibles alternativos?¿¿ Es relevante el HEs relevante el H22 frente a otros combustibles alternativos?frente a otros combustibles alternativos?
H2 como vector energético: Aplicaciones en Transporte
11 22 33
44 55 66
Automóviles propulsados por pila de combustible
1- Honda Clarity ; 2- Mercedes Clase B; 3- Toyota FCHV adv:
4- Kia Borrege FCEV; 5- GM Hydrogen4; 6- Cadillac Provoq
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Automóviles propulsados por pila de combustible
7- Ford Fusion H2-999; 8- Tongji Passat; 9- Hyunday-i-blue;
10- Peugeot ePURE; 11- Suzuki WagonR FCV; 12- Audi A2
77 88 99
1010 1111 1212
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
1 2 3
4 5 6
Autobuses propulsados por pila de combustible
1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino;
4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram
Autobuses propulsados por pila de combustible
1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino;
4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Autobuses propulsados por pila de combustible
7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors;
10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University
Autobuses propulsados por pila de combustible
7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors;
10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University
77 88 99
1010 1111 1212
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Motocicletas propulsadas por pila de combustible:
1- Yamaha FC-Dii ; 2- Suzuki Crossage; 3- Yamaha FC-Aqel
4- Honda Cub; 5- Intelligent Energy ENV; 6- Japan Steel Works
1 2 3
4 5 6
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
“Rickshaw” a HidrógenoBaranas Hindu University (India)
“Rickshaw” a HidrógenoBaranas Hindu University (India)
Hidrógeno:Transporte Terrestre - Motocicletas
HidrHidróógeno:geno:Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- MotocicletasMotocicletas
Vehículos especiales propulsados por pila de combustible:
1- Carretilla elevadora Exide-Ballard; 2- Vehículo carga maletas-Besel;
3- Vehículo golf – AJUSA; 4- Delfin - INTA; 5- HyChair - Besel
1 2 3
4 5
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Locomotoras propulsadas por pila de combustible:
1- NE Train-Japan Railway Company; 2- Kawasak Fuel Cell Train;
3- BNSFRailway; 4- Rail Power Technologies
1 2 3
4
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Aviones propulsados por pila de combustible:
1- Antares - DLR; 2- Boeing R&D Europe;
3- Avizor - INTA; 4- Helios – NASA; 5- Ion Tiger – US Navy
1 2
3 4 5
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Algunos barcos propulsados por pila de combustible:
1- Nemo - Amsterdam; 2- Besel HyBoat;
3- Viking Lady (MCFC 320 kW); 4- U212 - HDW
Algunos vehículos actuales
Uso del H2 en Pilas de Combustible
Infraestructura de Utilización del Hidrógeno en el Transporte
Contenido:.1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Utilización del Hidrógeno: Transporte
Utilización de H2 en Transporte:
Vehículos con Pilas de Combustible
UtilizaciUtilizacióón de Hn de H22 en Transporte:en Transporte:
VehVehíículos con Pilas de Combustibleculos con Pilas de Combustible
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte:
Vehículos con PC
Estaciones llenado.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Del análisis del pozo a las ruedas se puede concluir que la mayor ventaja en términos de reducción de emisiones y de aumento de la eficiencia, se logra con sistemas de propulsión con pila de combustible que utilicen hidrógeno obtenido
a partir de biomasa o a partir de agua por electrólisis con energía eólica
La falta de una infraestructura para la producción,
transporte, distribución y suministro final de hidrógeno
se considera el mayor obstáculo para la introducción de los vehículos con pila de
combustible
Tec
no
log
ía d
e p
roce
sad
o
Infraestructura de suministro
Tecnología en desarrollo
Prototipos demostrados
No se requiere proceso
Existe Tecnología familiar y bien conocida
Infraestructura y tecnología necesitan
desarrollo
HidrógenoHidrógeno
MetanolMetanol
GasolinaGasolina
Incremento Coste/Peso
Incremento Emisiones
Ford Motor Company
Figura 9: Comparación cualitativa de combustibles a utilizar en vehículos con pila de combustible (Fuente: Ford Motor Company)
Infraestructura de H2 : Vehículos con Pilas de CombustibleInfraestructura de HInfraestructura de H22 : : VehVehíículos con Pilas de Combustibleculos con Pilas de Combustible
Utilización del Hidrógeno: Transporte
El círculo vicioso …El círculo vicioso …No se fabricarán vehículos con pilas de combustible mientras no haya una infraestructura suficiente de estaciones de repostado de hidrógeno
No se construiráinfraestructura de estaciones de repostado de hidrógeno mientras no haya suficientes vehículos con pilas de combustible para repostar.
… ya se empieza a superar… ya se empieza a superar
Utilización del Hidrógeno: Transporte
Infraestructura de H2 : Vehículos con Pilas de CombustibleInfraestructura de HInfraestructura de H22 : : VehVehíículos con Pilas de Combustibleculos con Pilas de Combustible
La superación del círculo viciosoComercialización de FCVs y creación infraestructura H2
al mismo tiempo y con la misma dimensión
Utilización del Hidrógeno: Transporte
Infraestructura de H2 : Vehículos con Pilas de CombustibleInfraestructura de HInfraestructura de H22 : : VehVehíículos con Pilas de Combustibleculos con Pilas de Combustible
La superación del círculo viciosoInicio de creación de infraestructura de H2 en Europa
“H2 Mobility”(10 Sepbre. 2009)
Utilización del Hidrógeno: Transporte
Infraestructura de H2 : Vehículos con Pilas de CombustibleInfraestructura de HInfraestructura de H22 : : VehVehíículos con Pilas de Combustibleculos con Pilas de Combustible
Utilización de H2 en Transporte:
Estaciones de Llenado
UtilizaciUtilizacióón de Hn de H22 en Transporte:en Transporte:
Estaciones de LlenadoEstaciones de Llenado
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Transporte
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte:
Vehículos con PC
Estaciones llenado.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Utilización del Hidrógeno: Estaciones de llenado
¿Producción centralizada y transporte del H2 o producción “in situ”?
Utilización del Hidrógeno: Estaciones de llenado
Infraestructura de Hidrógeno: Estaciones de llenadoInfraestructura de HidrInfraestructura de Hidróógeno: geno: Estaciones de llenadoEstaciones de llenado
Utilización del Hidrógeno: Estaciones de llenado
Infraestructura de Hidrógeno: Estaciones de llenadoInfraestructura de HidrInfraestructura de Hidróógeno: geno: Estaciones de llenadoEstaciones de llenado
Utilización del Hidrógeno en generación de electricidad
Potencia Estacionaria
¿ Por qué el hidrógeno en la generación de potencia
estacionaria ?
Contenido:1. Fundamentos del H2.
2. El mercado del hidrógeno.
3. Utilización del H2 :Generación estacionaria
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
Generaciónde PotenciaGeneraciónde Potencia
• Centralizada
• Distribuida
Hid
roca
rbur
os
Reducción de emisiones GEIReducción de emisiones GEI
Economía de escala a favorUsos limpios del C.Filtrado de gasesCaptura CO2
• Estacionaria:Tamaño y disponibilidad de espacio en contra.
• Móvil: No es posible
Nuevos portadores de energía:Hidrógeno y Electricidad
Utilización del Hidrógeno: Generación Estacionaria
Reducción de emisiones en generación de potencia estacionariaReducciReduccióón de emisiones en generacin de emisiones en generacióón de potencia estacionarian de potencia estacionaria
Hidrógeno y Electricidad
Hidrógeno
ElectrolizadorElectrolizador Pila de Pila de CombustibleCombustible
OO22
AguaAgua
Red eléctrica
Red de gas
El concepto “Hydricity”
Geoffrey Ballard, el fundador de Ballard Power Systems, acuñó el término “hydricity” para describir un nuevo sistema energético en el que el hidrógeno y la electricidad se utilizan indistintamente como portadores de energía intercambiables.
Los excedentes de electricidad pueden usarse para electrolizar agua en sus constituyentes H2 y O2, y el H2 almacenado puede utilizarse posteriormente para regenerar electricidad o como combustible para el transporte.
Hidrógeno
ElectrolizadorElectrolizador Pila de Pila de CombustibleCombustible
OO22
AguaAgua
Red eléctrica
Red de gas
Hidrógeno en Integración de Renovables
Incremento de la producción eólica
Requisitos de regulación y control
Hidrógeno en Integración de Renovables
Incremento de la producción eólica
Requisitos de regulación y control
! ? Electricidadno
despachable
Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica
Bus DC
Electrolizador
H2
H2O
InterfaceGenerador
InterfaceRed
Electrónica de potencia - Gestión de carga
H2 despachable
(electrolizador como carga gestionable)
Hidrógeno en Integración de Renovables
! ?
Hidrógeno en Integración de Renovables
Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica
H2 para electricidad despachable
Bus DC
Batería Pila Combust.
MCI, Turbina
H2
H2O
Electrónica de potencia - Gestión de carga
InterfaceGenerador
InterfaceRed
Electrolizador
Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)
Hidrógeno en Integración de Renovables
RES2H2Integration of RES into European energy sectors using H2
( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 )
Proyecto RES2H2: Islas Canarias y Griegas
Hidrógeno en Integración de Renovables
Hidrógeno en Integración de Renovables
Proyecto SOTAVENTO
Generación de potencia estacionaria con Pilas de Combustible
Contenido:1. Combustibles
alternativos para el transporte.
2. Fundamentos de H2y Pilas.
3. El mercado del hidrógeno.
4. El por qué del H2 en el transporte.
5. La infraestructura de utilización del H2 en el transporte.
6. El por qué del H2 en generación de potencia estacionaria
7. Infraestructura de utilización del H2 en generación estacionaria
GAS NATURAL: Su interacción con la economía del hidrógeno
Para uso residencial y comercial, el gas natural parece la elección más adecuada dado que la red de distribución está muy desplegada (de hecho la mayor parte de los sistemas de pilas de combustible estacionarias consumen gas natural).
Ventajas potenciales de las pilas de combustible en generación de potencia estacionaria: 4.- Flexibilidad en la elección del CombustibleVentajas potenciales de las pilas de combustible en generaciVentajas potenciales de las pilas de combustible en generacióón de n de potencia estacionaria:potencia estacionaria: 4.4.-- Flexibilidad en la elecciFlexibilidad en la eleccióón del Combustiblen del Combustible
Generación Estacionaria con Pilas de Combustible
La tecnologLa tecnologíía del Ha del H22 y las y las pilas de combustible y la pilas de combustible y la GeneraciGeneracióón de Empleon de Empleo
¿Cuántas patentes se hacen anualmente en H2 y pilas, en relación con las de energías renovables?Fuente: Estudio de CleanTech Group sobre datos de la Oficina de Patentes americana
H2 y las pilas de combustible: Generación de Empleo
Ya hay mercado, ya hay 40.000 empleos(Fuente: Fuel Cells 2000, Febrero 2011)
H2 y las pilas de combustible: Generación de Empleo
El alto crecimiento en el sector de los vehículos ligeros podría ampliar las oportunidades laborales que comienzan alrededor de 2020, con la creación estimada de 675.000 nuevos puestos de trabajo netos para el año 2035.Fuente: U.S. DOE, Effects of a Transition to a Hydrogen Economy on Employment in the United States: Report to Congress, July 2008.
Existen grandes expectativas.Un último datoUn último dato
H2 y las pilas de combustible: Generación de Empleo
Resumen y ConclusionesResumen y Conclusiones
Es el elemento más abundante del Universo, pero no se encuentra libre en la Tierra.
No es un recurso natural, el hidrógeno hay que producirlo
El hidrógeno puede producirse a partir de muy variados recursos
(agua, recursos fósiles, biomasa, microorganismos, …),…
… siguiendo diversos procesos de transformación
(electrólisis, gasificación, reformado, fotoelectrólisis, fotobiólisis, …)
1.1.
2.2.
HIDROGENO: FundamentosHIDROGENO:HIDROGENO: FundamentosFundamentos
Por la diversidad de recursos, la utilización del vector H2 implica mayor seguridad de abastecimiento energético y mayor acceso a la energía.
Todos los procesos de transformación suponen un gasto energético, cuyos costes son asumibles (al igual que sucede con la electricidad), pero a diferencia de la electricidad, el hidrógeno es almacenable
Por la diversidad de recursos, la utilización del vector H2 implica mayor seguridad de abastecimiento energético y mayor acceso a la energía.
Todos los procesos de transformación suponen un gasto energético, cuyos costes son asumibles (al igual que sucede con la electricidad), pero a diferencia de la electricidad, el hidrógeno es almacenable
H2 como vector energético
3.3. El almacenamiento, transporte y distribución de hidrógeno no presenta dificultades técnicas (comprimido, licuado, hidruros metálicos, compuestos químicos intermedios,…), pero es “costoso”.
4.4. Para su utilización el hidrógeno puede combinarse con el oxígeno por procesos térmicos (MCI, turbinas) o electroquímicos (pilas de combustible) para generar energía mecánica o eléctrica con una emisión solo de vapor de agua.
HIDROGENO: FundamentosHIDROGENO:HIDROGENO: FundamentosFundamentos
En su uso final el hidrógeno es intrínsecamente limpio y si se tiene en cuenta toda la cadena desde su producción al uso final, el hidrógeno como vector ofrece reducciones de emisiones de GEI.
En su uso final el hidrógeno es intrínsecamente limpio y si se tiene en cuenta toda la cadena desde su producción al uso final, el hidrógeno como vector ofrece reducciones de emisiones de GEI.
H2 como vector energético
PILAS DE COMBUSTIBLE: FundamentosPILAS DE COMBUSTIBLE:PILAS DE COMBUSTIBLE: FundamentosFundamentos
1.1. Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía química en energía eléctrica (sin transformación intermedia a energía térmica y mecánica).
2.2. Las pilas de combustible presentan más eficiencia que los motores de combustión interna (no están sometidas al límite del ciclo de Carnot).
Transporte, Portátil, Estacionario baja potencia
35-4570-80Polímeros(PEMFC)
Portátil30-4050-100Metanol Directo (DMFC)
Transporte, Estacionario50-65800-1000Oxido sólidos
(SOFC)
Estacionario alta potencia45-60600-650Carbonatos
Fundidos (MCFC)
Estacionario media potencia40-45200-220Ácido Fosfórico
(PAFC)
Espacio, Submarinos6080-100Alcalina (AFC)
AplicacionesRend. (%)T (oC)Tecnología
Transporte, Portátil, Estacionario baja potencia
35-4570-80Polímeros(PEMFC)
Portátil30-4050-100Metanol Directo (DMFC)
Transporte, Estacionario50-65800-1000Oxido sólidos
(SOFC)
Estacionario alta potencia45-60600-650Carbonatos
Fundidos (MCFC)
Estacionario media potencia40-45200-220Ácido Fosfórico
(PAFC)
Espacio, Submarinos6080-100Alcalina (AFC)
AplicacionesRend. (%)T (oC)Tecnología
3.3. Existen diferentes tecnologías de pilas de combustible que permiten su uso en distintas aplicaciones(transporte, generación estacionaria, telecomunicaciones, aplicaciones portátiles, etc.) y con variados rangos de potencia (desde vatios a megavatios).
Intelligent Energy – Sistema PC 75 kW
PILAS DE COMBUSTIBLE: FundamentosPILAS DE COMBUSTIBLE:PILAS DE COMBUSTIBLE: FundamentosFundamentos
4.4. Tienen carácter modular, el número de celdas del “stack” determina la tensión total y el área de las celdas determina la intensidad de corriente.
5.5. A diferencia de los motores de combustión interna, las pilas de combustible presentan más eficiencia a carga parcial,...
PPεε
i (i (mAmA/cm/cm22))
A carga parcial más rendimiento
PPεε
i (i (mAmA/cm/cm22))
A carga parcial más rendimiento
… y, además, a diferencia de las turbinas de gas, mantienen la eficiencia con potencia bajas.
La visión de la economía del H2 se basa en la expectativa de que el hidrógeno pueda producirse a partir de recursos domésticos, de forma económica y medioambientalmente aceptable y en que las tecnologías de uso final del hidrógeno (pilas de combustible) ganen una cuota de mercado significativa.
En la medida que se alcancen estas expectativas, una economía del hidrógeno beneficiará al mundo proporcionando:
Mayor seguridad energética.
Mayor calidad medioambiental.
Alcanzar este objetivo requiere superar muchos desafíos técnicos, sociales y políticos.
La visión de la economía del H2 se basa en la expectativa de que el hidrógeno pueda producirse a partir de recursos domésticos, de forma económica y medioambientalmente aceptable y en que las tecnologías de uso final del hidrógeno (pilas de combustible) ganen una cuota de mercado significativa.
En la medida que se alcancen estas expectativas, una economía del hidrógeno beneficiará al mundo proporcionando:
Mayor seguridad energética.
Mayor calidad medioambiental.
Alcanzar este objetivo requiere superar muchos desafíos técnicos, sociales y políticos.sociales y políticos.
La Economía del HidrógenoLa Economía del Hidrógeno
Muchas gracias por vuestra atención
Hidrógeno y Pilas de Combustible
Antonio González García-CondeVice-Presidente de la Asociación Española del Hidrógeno
Director Departamento Aerodinámica y Propulsión – INTA
www.inta.es www.aeh2.org
Coche Hidrógeno Coche Gasolina
Ensayo de incendio en coche con H2 y con gasolina
La seguridad del Hidrógeno
t = 0
t = 3 segundos
La seguridad del Hidrógeno
Coche Hidrógeno Coche Gasolina
Ensayo de incendio en coche con H2 y con gasolina
La seguridad del Hidrógeno
Coche Hidrógeno Coche Gasolina
Ensayo de incendio en coche con H2 y con gasolina
t = 1 minuto
t = 1 m 30 s
Coche Hidrógeno Coche Gasolina
La seguridad del Hidrógeno
Ensayo de incendio en coche con H2 y con gasolina