Hidrógeno como Vector Eléctrico en Automoción

LAS NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA
EN AUTOMOCIÓN
NECESIDADES DE I+D
PARA LA APLICACIÓN DEL HIDRÓGENO
COMO VECTOR ENERGÉTICO
EN AUTOMOCIÓN
6 julio 2010
Dr. Iñaki Azkarate
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
2
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Agotamiento
Combustibles
Fósiles
Sostenibilidad
Sistema
Energético ??
Contaminación,
Calentamiento
Global
2 / Muskiz, 6 Julio 2010
ENERGÍAS
RENOVABLES
ECONOMÍA
DEL
HIDRÓGENO
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Calentamiento Global / Incremento CO2
3 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
3
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Calentamiento Global. Previsiones
4 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
4
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Producción de Petróleo
5 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
5
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Producción de Gas Natural
6 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
6
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Producción de Carbón
7 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
7
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Capacidad del Parque Nuclear
8 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
8
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Previsiones del Parque Nuclear de la IAEA
9 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
9
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Fuentes de Energía
10 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
10
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Previsión de Instalaciones renovables 2030
11 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
11
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Contribución de Fuentes de Energía Renovables
12 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
12
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Previsión del escenario energético
13 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
13
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Economía
del
Hidrógeno
14 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
14
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Economía
del
Hidrógeno
15 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
15
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
16 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
16
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
17 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
17
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Fuente:
NECESIDADES I+D
18
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).
SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.
18 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
Fuente:
NECESIDADES I+D
19
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC).
SRA 2010. Towards a 50% more efficient road transport system by 2030.
19 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
20
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/
20 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
21 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
21
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
22 / Muskiz, 6 Julio 2010
NECESIDADES I+D
22
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
23
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
NECESIDADES DE I+D EN LA INDUSTRIA DEL HIDRÓGENO
Etapas de la Cadena del Hidrógeno
1
PRODUCCIÓN
2
ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN
3
CONSUMO
4
ASPECTOS TRANSVERSALES, SEGURIDAD EN EL USO DEL HIDRÓGENO
23 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
24
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
1. PRODUCCIÓN
Electrolisis de agua.
Reformado de Hidrocarburos.
Gasificación.
Métodos Químicos y Termoquímicos.
24 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
25
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Electrolisis del agua
- Mediante energía eléctrica obtenida a partir de fuentes renovables.
- Basado en la reacción H2O ----- H2 + ½ O2
Cátodo
2 H2O + 2e2e- -------2OH
-------2OH-- + H2
Ánodo
2OH2OH- ------- H2O + 1/2O2 + 2e2e-
- Electrolizadores Alcalinos.
Tecnología disponible comercialmente.
Actualmente se produce Hidrógeno a presiones
de hasta varias decenas de bares.
25 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
26
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Electrolisis del agua
- Electrolizadores PEM.
26 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
27
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Reformado de Hidrocarburos
- La mayor parte del Hidrógeno se produce
mediante este método a partir de metano.
- Basado en las reacciones
CH4 + H2O ---- CO + 3H2
CO + H2O ---- CO2 + H2
- Oxidación Parcial (POX)
- Reformado Autotérmico (ATR)
27 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
28
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Gasificación de Biomasa
- Biomasa / Gasificación.
Se obtiene una mezcla de gases que se
enriquece en Hidrógeno tras un proceso
de purificación generalmente basado en
un proceso de adsorción/desorción por
cambio de presión (PSA)
Gasificación de Carbón
C+H2O+calor ---- CO + H2
28 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
29
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Métodos Químicos y Termoquímicos
- Consisten en reacciones químicas que ocurren a temperaturas elevadas
(>500 C) en las que el balance total es la descomposición de agua en H2 y O2.
Se plantean asociadas a reactores nucleares en los que se generan las
temperaturas necesarias, aunque también hay otras que transcurren mediante
energía solar-térmica.
Hay más de 100 ciclos propuestos, pero los más prometedores son:
- CaBr2 – Fe2O3
- H2SO4 – HI
- Westinghouse
29 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
30
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Métodos Químicos y Termoquímicos
30 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
31
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
Métodos Químicos y Termoquímicos
Westinghouse
31 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
32
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Producción
1. PRODUCCIÓN. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversales
- CATALISIS
- SEPARACIÓN
- MATERIALES
- TEORÍA Y MODELACIÓN
32 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
33
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
2. ALMACENAMIENTO
El almacenamiento del hidrógeno es un elemento clave en la Cadena del
Hidrógeno.
La densidad energética gravimétrica del hidrógeno es tres veces superior a la
de la gasolina, mientras que su densidad energética volumétrica es la cuarta
parte.
33 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
34
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
2. ALMACENAMIENTO
Volumen de 4kg de hidrógeno, para propulsar un coche eléctrico con de pila de
combustible, almacenado en diferentes formas; tamaño relativo al del coche
Fuente: Hydrogen Storage. State – Of – The – Art and Future Perspective. Tzimas, E., Filiou, C.,
Peteve, S.D., Veyret, J.B. European Commission – Directorate General Joint Research Centre,
Petten, 2003, ISBN 92-894-6950-1
34 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
35
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
2. ALMACENAMIENTO
Hidrógeno comprimido.
Hidrógeno licuado.
Hidruros.
Hidrógeno absorbido en soportes sólidos.
35 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
36
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Hidrógeno Comprimido
Es una tecnología convencional y la más dominada entre las que se
contemplan.
36 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
37
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Hidrógeno Licuado
Es una tecnología suficientemente desarrollada
37 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
38
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Hidrógeno Licuado
Es una tecnología suficientemente desarrollada aunque tiene algunas
contrapartidas como:
- El hidrógeno licua a -253ºC.
- Los criotanques son equipos complejos. Presentan el problema de las
pérdidas por evaporación (boil off).
- El almacenamiento de hidrógeno líquido es especialmente adecuado para
su empleo en vehículos porque el requerimiento de espacio de los tanques
de hidrógeno líquido es menor.
- El almacenamiento de hidrógeno líquido para aplicaciones estacionarias
tan sólo se empleará cuando el hidrógeno realmente sea solicitado en forma
líquida, por ejemplo, en las estaciones de servicio.
38 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
39
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Hidruros
- Los hidruros metálicos consisten en aleaciones en las que el hidrógeno se
combina formando hidruros de estequiometrías más o menos complejas.
- A través de una reacción química se forman compuestos sólidos metálicos.
- De modo inverso, el hidrógeno se libera cuando se aplica calor a los materiales y
mediante la reducción de la presión.
- Los metales son aleados para optimizar tanto el peso del sistema como la
temperatura a la cual el hidrógeno puede ser recuperado.
39 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
40
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Otros soportes sólidos
- El hidrógeno puede también ser adsorbido y almacenado de modo reversible
sobre superficies sólidas como resultado de la fisisorción o adsorción.
- Materiales con una gran área específica como los carbonos nanoestructurados y
los nanotubos de carbono son substratos posibles para la fisisorción.
40 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
41
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Otros soportes sólidos
- Zeolitas
- Nanocomposites aerogeles
- Metallic Organic Frame (MOF)
- Bulk Amorphous Materials (BAM)
- Hollow glass microspheres (HGM)
41 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
42
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Capacidad de almacenamiento de hidrógeno (considerando masa y volumen)
para hidruros metálicos, nanotubos de carbono, gasolina y otros hidrocarburos.
42 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
43
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
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 92-8946950-1
43 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
44
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Energías de enlace de diversos materiales candidatos
para el almacenamiento de hidrógeno
44 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
45
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
2. ALMACENAMIEMNTO. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversales
- CATALISIS
- MATERIALES NANOESTRUCTURADOS
- TEORÍA Y MODELACIÓN
- CARACTERIZACIÓN
- SEGURIDAD
45 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
46
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Almacenamiento
Tipo de
almacenamiento
Hidrógeno
comprimido
Hidrógeno licuado
Hidruros metálicos
Soportes sólidos
Hidruros químicos
46 / Muskiz, 6 Julio 2010
Ventajas
Desventajas / Barreras
Tecnología dominada
hasta presiones de 300400 bar.
Alta densidad
gravimétrica.
Tecnología dominada.
Alta densidad
gravimétrica y
volumétrica.
Pureza.
Voluminoso. Seguridad.
Costos de compresión.
Falta mejorar la tecnología para altas
presiones
Alta densidad
volumétrica.
Seguridad.
Densidades volumétrica
y gravimétrica
adecuadas.
Pueden ser baratos.
Alta densidad
gravimétrica
Costo de licuefacción.
Pérdidas por “Boil off”
Temperaturas muy bajas, aislamiento
térmico, materiales especiales.
Baja densidad gravimétrica. Pesados.
Caros.
Alta temperatura de disociación.
Refrigeración en la recarga.
Complejos.
Refrigeración en la recarga.
No se confirman las expectativas
iniciales.
Toxicidad. Impurezas.
Reacción de rehidrogenación.
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
47
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Consumo
3. CONSUMO
Pila de Combustible.
Motor de Combustión Interna.
47 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
48
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Consumo
Pila de Combustible
PEMFC
48 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
49
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Consumo
Pila de Combustible
SOFC
49 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
50
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Consumo
Motor de Combustión Interna
ICE
50 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
51
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Consumo
3. CONSUMO. NECESIDADES DE I+D
Aspectos transversales
- CATALISIS
- MEMBRANAS
- MATERIALES, QUÍMICA INTERFACIAL
- TEORÍA Y MODELACIÓN
51 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
52
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
4. ASPECTOS TRANSVERSALES
Seguridad
Normativa
Safety of Hydrogen as Energy Carrier
Formacíón
Difusión
52 / Muskiz, 6 Julio 2010
MUSKIZ Cursos de Verano
FP Innovación y Sostenibilidad
NECESIDADES I+D
53
HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN
53 / Muskiz, 6 Julio 2010