LAS NUEVAS FUENTES DE ENERGÍAEN AUTOMOCIÓN
NECESIDADES DE I+DPARA LA APLICACIÓN DEL HIDRÓGENO
COMO VECTOR ENERGÉTICOEN AUTOMOCIÓN
6 julio 2010
Dr. Iñaki Azkarate
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2 / Muskiz, 6 Julio 2010
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Contaminación,Calentamiento
Global
SostenibilidadSistema
Energético ??
ENERGÍAS RENOVABLES
AgotamientoCombustibles
Fósiles
ECONOMÍADEL
HIDRÓGENO
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Calentamiento Global / Incremento CO2
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Calentamiento Global. Previsiones
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción de Petróleo
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción de Gas Natural
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción de Carbón
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Capacidad del Parque Nuclear
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Previsiones del Parque Nuclear de la IAEA
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Fuentes de Energía
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Previsión de Instalaciones renovables 2030
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Contribución de Fuentes de Energía Renovables
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Previsión del escenario energético
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Economíadel
Hidrógeno
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Economíadel
Hidrógeno
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).
SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Fuente: European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).
SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Etapas de la Cadena del Hidrógeno
11 PRODUCCIPRODUCCIÓÓNN
2 2 ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓÓNN
3 3 CONSUMOCONSUMO
4 4 ASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRÓÓGENOGENO
NECESIDADES DE I+D EN LA INDUSTRIA DEL HIDRÓGENO
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
1. PRODUCCIÓN
Electrolisis de agua.Electrolisis de agua.
Reformado de Hidrocarburos.Reformado de Hidrocarburos.
GasificaciGasificacióón.n.
MMéétodos Qutodos Quíímicos y Termoqumicos y Termoquíímicos.micos.
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Electrolisis del agua
-- Mediante energMediante energíía ela elééctrica obtenida a partir de fuentes renovables.ctrica obtenida a partir de fuentes renovables.
-- Basado en la reacciBasado en la reaccióón Hn H22O O ---------- HH22 + + ½½ OO22
CCáátodo todo 2 H2O + 2e2 H2O + 2e-- --------------2OH2OH-- + H2+ H2
ÁÁnodo nodo 2OH2OH-- -------------- H2O + 1/2O2 + 2eH2O + 1/2O2 + 2e--
-- Electrolizadores AlcalinosElectrolizadores Alcalinos. .
TecnologTecnologíía disponible comercialmente. a disponible comercialmente.
Actualmente se produce HidrActualmente se produce Hidróógeno a presiones geno a presiones
de hasta varias decenas de bares. de hasta varias decenas de bares.
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Electrolisis del agua
-- Electrolizadores PEMElectrolizadores PEM..
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Reformado de Hidrocarburos
-- La mayor parte del HidrLa mayor parte del Hidróógeno se produce geno se produce
mediante este mmediante este méétodo a partir de metano.todo a partir de metano.
-- Basado en las reacciones Basado en las reacciones
CHCH44 + H+ H22O O -------- CO + 3HCO + 3H22
CO + HCO + H22O O -------- COCO22 + H+ H22
-- OxidaciOxidacióón Parcial (POX)n Parcial (POX)
-- Reformado Reformado AutotAutotéérmicormico (ATR)(ATR)
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Gasificación de Biomasa
-- Biomasa / GasificaciBiomasa / Gasificacióón. n.
Se obtiene una mezcla de gases que seSe obtiene una mezcla de gases que se
enriquece en Hidrenriquece en Hidróógeno tras un procesogeno tras un proceso
de purificacide purificacióón generalmente basado enn generalmente basado en
un proceso de adsorciun proceso de adsorcióón/n/desorcidesorcióónn porpor
cambio de presicambio de presióón (PSA)n (PSA)
Gasificación de Carbón
C+HC+H22O+calor O+calor -------- CO + HCO + H22
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Métodos Químicos y Termoquímicos
-- Consisten en reacciones quConsisten en reacciones quíímicas que ocurren a temperaturas elevadas micas que ocurren a temperaturas elevadas
(>500 C) en las que el balance total es la descomposici(>500 C) en las que el balance total es la descomposicióón de agua en H2 y O2.n de agua en H2 y O2.
Se plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generaSe plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generan las n las
temperaturas necesarias, aunque tambitemperaturas necesarias, aunque tambiéén hay otras que transcurren mediante n hay otras que transcurren mediante
energenergíía solara solar--ttéérmica.rmica.
Hay mHay máás de 100 ciclos propuestos, pero los ms de 100 ciclos propuestos, pero los máás prometedores son:s prometedores son:
-- CaBrCaBr22 –– FeFe22OO33
-- HH22SOSO44 –– HIHI
-- WestinghouseWestinghouse
Producción
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Métodos Químicos y Termoquímicos
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Métodos Químicos y Termoquímicos
WestinghouseWestinghouse
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
1. PRODUCCIÓN. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversalesAspectos transversales
-- CATALISISCATALISIS
-- SEPARACISEPARACIÓÓNN
-- MATERIALESMATERIALES
-- TEORTEORÍÍA Y MODELACIA Y MODELACIÓÓNN
Producción
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
2. ALMACENAMIENTO
El almacenamiento del hidrEl almacenamiento del hidróógeno es un elemento clave en la Cadena del geno es un elemento clave en la Cadena del HidrHidróógeno.geno.
La densidad energLa densidad energéética gravimtica graviméétrica del hidrtrica del hidróógeno es tres veces superior a la geno es tres veces superior a la de la gasolina, mientras que su densidad energde la gasolina, mientras que su densidad energéética volumtica voluméétrica es la cuarta trica es la cuarta parte. parte.
Almacenamiento
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2. ALMACENAMIENTOVolumen 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 92-894-6950-1
Almacenamiento
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2. ALMACENAMIENTO
HidrHidróógeno comprimido.geno comprimido.
HidrHidróógeno licuado.geno licuado.
Hidruros.Hidruros.
HidrHidróógeno absorbido en soportes sgeno absorbido en soportes sóólidos. lidos.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Hidrógeno Comprimido
Es una tecnologEs una tecnologíía convencional y la ma convencional y la máás dominada entre las que se s dominada entre las que se contemplan.contemplan.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Hidrógeno Licuado
Es una tecnologEs una tecnologíía suficientemente desarrolladaa suficientemente desarrollada
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Hidrógeno Licuado
Es una tecnologEs una tecnologíía suficientemente desarrollada aunque tiene algunas a suficientemente desarrollada aunque tiene algunas contrapartidas como:contrapartidas como:
-- El hidrEl hidróógeno licua a geno licua a --253253ººCC..
-- Los Los criotanquescriotanques son equipos complejos. Presentan el problema de las son equipos complejos. Presentan el problema de las ppéérdidas por evaporacirdidas por evaporacióón (n (boilboil off). off).
-- El almacenamiento de hidrEl almacenamiento de hidróógeno lgeno lííquido es especialmente adecuado para quido es especialmente adecuado para su empleo en vehsu empleo en vehíículos porque el requerimiento de espacio de los tanques culos porque el requerimiento de espacio de los tanques de hidrde hidróógeno lgeno lííquido es menor.quido es menor.
-- El almacenamiento de hidrEl almacenamiento de hidróógeno lgeno lííquido para aplicaciones estacionarias quido para aplicaciones estacionarias tan stan sóólo se emplearlo se emplearáá cuando el hidrcuando el hidróógeno realmente sea solicitado en forma geno realmente sea solicitado en forma llííquida, por ejemplo, en las estaciones de servicio.quida, por ejemplo, en las estaciones de servicio.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Hidruros
-- Los hidruros metLos hidruros metáálicos consisten en aleaciones en las que el hidrlicos consisten en aleaciones en las que el hidróógeno se geno se combina formando hidruros de combina formando hidruros de estequiometrestequiometrííasas mmáás o menos complejas.s o menos complejas.
-- A travA travéés de una reaccis de una reaccióón qun quíímica se forman compuestos smica se forman compuestos sóólidos metlidos metáálicos. licos.
-- De modo inverso, el hidrDe modo inverso, el hidróógeno se libera cuando se aplica calor a los materiales y geno se libera cuando se aplica calor a los materiales y mediante la reduccimediante la reduccióón de la presin de la presióón.n.
-- Los metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistemLos metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistema como la a como la temperatura a la cual el hidrtemperatura a la cual el hidróógeno puede ser recuperado. geno puede ser recuperado.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Otros soportes sólidos
-- El hidrEl hidróógeno puede tambigeno puede tambiéén ser adsorbido y almacenado de modo reversible n ser adsorbido y almacenado de modo reversible sobre superficies ssobre superficies sóólidas como resultado de la lidas como resultado de la fisisorcifisisorcióónn o adsorcio adsorcióón.n.
-- Materiales con una gran Materiales con una gran áárea especrea especíífica como los carbonos fica como los carbonos nanoestructuradosnanoestructurados y y los los nanotubosnanotubos de carbono son substratos posibles para la de carbono son substratos posibles para la fisisorcifisisorcióónn. .
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Otros soportes sólidos
-- ZeolitasZeolitas
-- NanocompositesNanocomposites aerogelesaerogeles
-- MetallicMetallic OrganicOrganic FrameFrame (MOF)(MOF)
-- BulkBulk AmorphousAmorphous MaterialsMaterials (BAM)(BAM)
-- HollowHollow glassglass microspheresmicrospheres (HGM)(HGM)
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen) para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos.
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 92-894-6950-1
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Energías de enlace de diversos materiales candidatos para el almacenamiento de hidrógeno
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
2. ALMACENAMIEMNTO. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversalesAspectos transversales
-- CATALISISCATALISIS
-- MATERIALES NANOESTRUCTURADOSMATERIALES NANOESTRUCTURADOS
-- TEORTEORÍÍA Y MODELACIA Y MODELACIÓÓNN
-- CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓNN
-- SEGURIDADSEGURIDAD
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Tipo de almacenamiento
Ventajas
Desventajas / Barreras
Hidrógeno comprimido
Tecnología dominada hasta presiones de 300-400 bar. Alta densidad gravimétrica.
Voluminoso. Seguridad. Costos de compresión. Falta mejorar la tecnología para altas presiones
Hidrógeno licuado
Tecnología dominada. Alta densidad gravimétrica y volumétrica. Pureza.
Costo de licuefacción. Pérdidas por “Boil off” Temperaturas muy bajas, aislamiento térmico, materiales especiales.
Hidruros metálicos
Alta densidad volumétrica. Seguridad.
Baja densidad gravimétrica. Pesados. Caros. Alta temperatura de disociación. Refrigeración en la recarga.
Soportes sólidos
Densidades volumétrica y gravimétrica adecuadas. Pueden ser baratos.
Complejos. Refrigeración en la recarga. No se confirman las expectativas iniciales.
Hidruros químicos
Alta densidad gravimétrica
Toxicidad. Impurezas. Reacción de rehidrogenación.
Almacenamiento
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
3. CONSUMO
Pila de Combustible.Pila de Combustible.
Motor de CombustiMotor de Combustióón Interna.n Interna.
Consumo
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Pila de Combustible
PEMFCPEMFC
Consumo
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Pila de Combustible
SOFCSOFC
Consumo
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Motor de Combustión Interna
ICEICE
Consumo
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3. CONSUMO. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversalesAspectos transversales
-- CATALISISCATALISIS
-- MEMBRANASMEMBRANAS
-- MATERIALES, QUMATERIALES, QUÍÍMICA INTERFACIALMICA INTERFACIAL
-- TEORTEORÍÍA Y MODELACIA Y MODELACIÓÓNN
Consumo
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
4. ASPECTOS TRANSVERSALES
Seguridad Seguridad
Normativa Normativa
SafetySafety ofof HydrogenHydrogen as as EnergyEnergy CarrierCarrier
FormacFormacíóíónn
DifusiDifusióónn
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NECESIDADES I+DHIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIMUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓÓNN