Capítulo 1: Las Antecedentes de la Economía del Hidrógeno

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1 Capítulo 1: Las Antecedentes de la Economía del Hidrógeno
H2 Training Manual Capítulo 1: Las Antecedentes de la Economía del Hidrógeno Este capítulo consiste en una visión general de: 1. El suministro y la demanda de la Energía Mundial 2. Las Reservas de la Energía Mundial, 3. El Desarrollo de las Energías Renovables en Europa, 4. Los Problemas Medioambientales como el Reto Global del CO2, el Efecto Invernadero y la Polución del Aire en Zonas Locales. También presenta unas propuestas con posibles soluciones: 5. Una Reducción de la Demanda antes que el Suministro y 6.La Economía del Hidrógeno: Visiones, Elementos del Sistema, Beneficios y Retos Capítulo 1 Título: Historial de la Economía del Hidrógeno Nivel: Básico, (principalmente) intermedio, avanzado Requisitos: Un conocimiento sólido de los temas relacionados con la energía Objetivo general: En este capítulo se proporciona un resumen breve del Suministro y Demanda de la Energía Mundial, las Reservas de la Energía Mundial en Europa, los problemas medioambientales como el reto global del C02, el efecto invernadero y la polución en zonas locales. También proporciona propuestas sobre posibles soluciones; La Reducción de la Demanda antes que el Suministro, La Economía del Hidrógeno: Visiones, Elementos del Sistema, Beneficios y Retos. Contenidos La demanda y el suministro de la energía mundial por parte de los sectores de usuarios finales, regiones y combustibles Las reservas de la energía mundial El desarrollo de las energías renovables en Europa Los problemas medioambientales: El reto global del C02: riesgos, emisiones, el efecto invernadero Polución del aire en zonas locales Primera solución: Reducción de la demanda antes que el suministro La economía del hidrógeno: Visiones, elementos del sistema, beneficios y retos Aspectos socio-económicos Aspectos medioambientales Resultados de aprendizaje  El alumno sabrá: Comprender de modo general el marco de la economía de la energía, como la demanda y el suministro de la energía mundial, sus reservas y las energías renovables Comprender de modo general los problemas medioambientales como el reto global del C02, el efecto invernadero y la polución del aire en zonas locales Comprender las principales soluciones para los retos relacionados con la energía Seguir una visión de una economía basada en el hidrógeno y debatir sus ventajas e inconvenientes Metodología: clases magistrales, trabajo en grupo, debates Schedule: 4 unidades (mínimo, si hay más sesiones, mejor) © For requests:

2 H2 Training Manual H2 Training Manual Resumen El suministro y la demanda de la energía mundial por parte de los usuarios finales, regiones y combustibles. Las reservas de las energías mundiales. El desarrollo de las energías renovables en Europa. Los problemas medioambientales: El reto global del CO2: Los riesgos, las emisiones, el efecto invernadero. La contaminación del aire en zonas locales. La Primera Solución: Una reducción de la demanda antes que el suministro. La Economía del Hidrógeno: Visiones, Elementos del Sistema, Beneficios y Retos: Aspectos socio-económicos. Aspectos medioambientales. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 2

3 H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 # 1: El Suministro y la Demanda de la Energía Mundial por parte de los Usuarios Finales, las Regiones y los Combustibles Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

4 La Energía Primaria Global 1850 – 2000 y las Tecnologías Claves
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: Nakicenovic 2006 Global Energy Perspectives to 2050 and Beyond, presentada en: International Conference within Austrian EU Presidency „Energy Path – Horizon 2050“, Vienna 6 de March 2006 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Source: Nakicenovic 2006 © For requests: © For requests: Page 4

5 El suministro total de la energía primaria mundial según la región 1971-2030
H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Para explicaciones y historial: EIA (EEUU)_International Energy Outlook 2006_Highlights.pdf (4 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 I Fuente: IEA 2006 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

6 El consumo de la energía mundial utilizada por el sector del usuario final, 2003-2030
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuentes: International Energy Outlook 2006 (Fuentes: 2003: Procede de Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2003 (Mayo-Julio 2005), página web : EIA, Sistema para el análisis de los mercados de energía global (2006)) Para explicaciones e historial: EIA (US)_International Energy Outlook 2006_Highlights.pdf (4 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 I Fuente: EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 6

7 El uso de la comercialización de la energía primaria mundial de combustible, 1980-2030
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: International Energy Outlook 2006 (Fuentes: Historia: Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2003 (Mayo-Julio 2005), página web Proyecciones: EIA, Sistema para el análisis de los mercados de energía global (2006)) Para más explicaciones y historial: EIA (US)_International Energy Outlook 2006_Highlights.pdf (4 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 I Fuente: EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 7

8 H2 Training Manual H2 Training Manual El consumo mundial de energía para la producción de electricidad según el tipo de combustible, 2003, 2015, y 2030 Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: International Energy Outlook 2006 (Fuentes: 2003: Procede de Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2003 (Mayo-Julio 2005), página web : EIA, Sistema para el análisis de los Mercados de Energía Global (2006)) Para más explicaciones y historial: EIA (US)_International Energy Outlook 2006_Highlights.pdf (4 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 I Fuente: EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 8

9 # 2: Las Reservas de Energía Mundiales
Parte 1 Parte 2 # 2: Las Reservas de Energía Mundiales Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests:

10 Las Categorías de las Reservas de Energía
Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests:

11 EL USO Y LAS RESERVAS DE LA ENERGÍA PRIMARIA MUNDIAL (2001)
H2 Training Manual H2 Training Manual * 1 toe = 42GJ. a. Basado en una producción constante y en las reservas estáticas. b. Incluye tanto las reservas como los recursos convencionales y no convencionales. c. Los datos se refieren al uso de la energía en un escenario de “business as usual”( los negocios como siempre)-es decir, la producción es dinámico y una función de la demanda. Por lo tanto, estos ratios están sujetos a los cambios que surgen según la situación. La producción base de recursos dinámicos se calculó sobre una tasa de crecimiento del 2% al año desde 2000 hasta llegar al tope de producción (petroóeo 6.1 Gtoe, gas 6.3 Gtoe, and carbón 8.9 Gtoe), seguido por una caída del 2% al año hasta que la base del recurso se agote. d. Incluye biomasa moderna, energía hidro pequeña, energía geotérmica, energía eólica, energía solar, y energía marina. La biomasa moderna equivale a 6.0 exajoules; 2.9 exajoules proceden de todos las otras renovables. La “Biomasa moderna” se refiere a la biomasa producida de un modo sostenible y utilizada para la producción de electricidad, calor y transporte (combustibles líquidos). Incluye los residuos de madera/bosques procedentes de la reforestación y/o de la dirección sostenible, rural (animal y agrícola) y los residuos urbanos (incluyendo deshechos sólidos y vertidos líquidos). No incluye los usos tradicionales de la madera de combustible en los sistemas de conversión ineficaces y contaminantes. Convertidos de la electricidad producida en combustibles con una eficiencia termal del 33% en las centrales de energía. Basado en ciclos de combustible de uranio excluyendo torio y uranio de baja concentración del agua del mar. La base del recurso del uranio es teóricamente 60 veces más grande si se utilizan reactores productores rápidos. Fuente: Acualizada de WEA 2000 A © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 11

12 La Evolución del Consumo de la Energía Primaria Global
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuentes: Nebosja Nakicenovic 2006 Global Energy Perspectives to 2050 and Beyond, presentado en International Conference within Austrian EU Presidency „Energy Path – Horizon 2050“, Viena 6 de Marzo 2006. Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: Nakicenovic 2006 © For requests: © For requests: Page 12

13 La Radiación Solar y las Reservas de Fósiles en Comparación con la Demanda Anual de Energía Mundial
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Los cubos en el gráfico representan los recursos de la energía de fósiles, la radiación solar anual en la superficie de la tierra y la demanda anual de energía mundial. Los diferentes tamaños proporcionan una indicación de los recursos disponibles en relación con la demanda anual. Cada año la radiación solar en la tierra (el cubo azul grande) excede la demanda anual de energía mundial (el cubo blanco pequeño en la esquina derecha) por tres órdenes de magnitud. De igual modo, la radiación solar anual en la tierra es de 2 a 3 grados de magnitud más grande que el total de las reservas mundiales de fósiles, gas, petróleo, carbón y uranio. Con estos datos, podemos ver que la demanda solar es más que suficiente para cubrir la demanda de la energía mundial. Siempre que podamos aprender como recoger mejor la energía solar que tenemos puesto que no nos cuesta nada. Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: Greenpeace © For requests: © For requests: Page 13

14 # 3: El Desarrollo de las Energías Renovables en Europa.
Parte 1 Parte 2 # 3: El Desarrollo de las Energías Renovables en Europa. Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests:

15 Fuente: ESTADO DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EUROPA – 2006 EurObserv'ER
El desarrollo de la Producción de la Energía Renovable Primaria en Europa  (en %) H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 A UN CRECIMIENTO DEL 4,9 % PARA LA ENERGÍA RENOVABLE PRIMARIA 1. LA PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA PROCEDENTE DE RENOVABLES EN EUROPA El primer histograma describe el estado de la cuota de las energías renovables en el consumo de la energía primaria en los países de la Unión Europea en Se ha estimado esta cuota en 6,38% contra un objetivo del 12% para Por lo tanto, el esfuerzos europeos han permitido un incremento de 0,30 puntos con respeto al Este incremento corresponde con un consumo adicional de la energía procedente de las energías renovables al orden de 5.2 Mtoe de un total de Mtoe. Este incremento ha ocurrido en un contexto en el que el consumo total de la energía primaria en los países del la UE ha permanecido estable con respeto al 2004 (alrededor de Mtoe). Esta última observación es una buena noticia para los sectores de las energías renovables, las cuales a menudo han visto como sus incrementos respectivos durante los últimos años fueron anulados debido al crecimiento en el consumo total de la energía primaria. La cuota de ER podría haber sido incluso mayor (aprox.. 6,48%) si 2005 no hubiera sido un año tan afectado por un déficit que ralentizó la producción hidráulica. De este modo, los países en los cuales las actuaciones han desminuido este año (Latvia, Portugal, Eslovenia, España, Francia y Italia) son los que la producción de hidroenergía representa una cuota significativa de las aportaciones a las energías renovables. Por otro lado, a pesar de este incremento, es obvio que el ritmo que se sigue actualmente significa que no será posible alcanzar el objetivo establecido por los países de la Unión Europea. La Comisión Europea también ha hecho esta misma observación y espera una cuota del 9% en Otro hecho es que la situación de la UE esconde una amplia heterogeneidad entre los distintos países. Los Estados miembros, como una función de sus recursos naturales (viento, bosques, hidráulico, solar y depósitos geotérmicos) y de la fibra económica que ha ido desarrollándose alrededor de cada sector, han contrastado las implicaciones. Se debe tener en cuenta que los seis países líderes europeos según su cuota de energía primaria de tipo renovable tienen en común el hecho de que todos son países con bosques grandes con unas potencias hidráulicas aceptables, incluyendo la producción de la electricidad hidroenergética de instalaciones de almacenaje de bombas. Parte 5 Parte 6 Fuente: ESTADO DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EUROPA – 2006 EurObserv'ER B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 15

16 Fuente: ESTADO DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EUROPA – 2006 EurObserv'ER
H2 Training Manual El Desarrollo de la Producción de la Electricidad Renovable en Europa (en %) Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 2. LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EUROPA El segundo objetivo europeo consiste en la cuota de las energías renovables en el consumo bruto de electricidad. Los objetivos de la directiva europea sobre la producción de electricidad procedente de las energías renovables (21% del consumo bruto de origen renovable en 2010) no toma en cuenta – como el Libro Blanco- la producción hidroeléctrica procedente de las instalaciones de almacenaje de bombas que funcionan con una red de energía eléctrica). La estimación del porcentaje para la UE en 2005 es de un 13,97%, que significa un descenso de 0,31 puntos con respeto al El índice muy bajo de lluvia en 2005, el peor año durante los últimos 10 años, es la causa principal de este descenso. Si se hubiera podido mantener la producción hidroeléctrica al nivel de 2004, que era un año normal, la cuota de electricidad renovable hubiera alcanzado un 14,60% en 2005, es decir, + 0,32 puntos con respeto al Por lo tanto, el incremento era el resultado del desarrollo en otros sectores de las energías renovables, sobre todo en la energía eólica y la biomasa. Cuatro países fueron especialmente afectados por la sequía en 2005: Portugal (-8,85 puntos en 2005 con respeto al 2004), España (-3,47 puntos), Francia (-1,81 puntos) y Italia (-1,78 puntos). Por el contrario, un buen año hidroeléctrico permitió a Suecia incrementar bastante su cuota en el consumo eléctrico (+8,50 puntos). En un plazo corto, estas variaciones pueden esconder los esfuerzos realizados por ciertos países para desarrollar otros sectores renovables. Esto es el caso de España sobre todo, y el fuerte crecimiento en el sector de la energía eólica. También se debe citar Alemania porque es un país que, a pesar de su baja potencia hidroeléctrica, es una referencia en la producción de electricidad renovable en Europa y en pocos años ha logrado incrementar su cuota de sectores renovables hasta alcanzar un nivel que se acerca al de Francia. Esta es su compensación por las políticas seguidas durante diez años a favor de la electricidad producida en los sectores de la energía eólica y la biomasa. Asimismo, ambas energías son la causa del incremento en la cuota de electricidad renovable en los Países Bajos (1,71 puntos), Irlanda (+1,70 puntos) y el Reino Unido (+0,6 puntos). De esta forma, el descenso en la cuota del consumo bruto de la electricidad renovable registrado en 2005 no es representativo de los esfuerzos que se están realizando actualmente en la mayoría de los países europeos. Con la motivación de la voluntad política de los países europeos en honrar sus compromisos, podemos esperar que esta ratio se incremente durante los próximos años. Parte 5 Parte 6 Fuente: ESTADO DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EUROPA – 2006 EurObserv'ER B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

17 Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 # 4: Los Problemas Medioambientales: - El Reto Global del CO2: Riesgos, Emisiones, el Efecto Invernadero. - La Contaminación del aire local. Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests:

18 H2 Training Manual Los Cambios Climáticos Observados: Temperatura de la superficie, Nivel del Mar y Cantidad de Nieve Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 El calentamiento del sistema climático es innegable: Las temperaturas globales del aire y del mar están incrementando La media global del nivel del mar está subiendo Hay menos nieve y hielo Casos Extremos: La frecuencia de eventos de precipitación pluvial extrema ha incrementado en la mayor parte de las zonas. Desde 1900 a 2005, la precipitación ha incrementado de modo significativo en las zonas del este de África de Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y la parte central de Asia, pero ha disminuido en el Sáhel, el Mediterráneo, Sud África y partes del sur de Asia Globalmente, las zonas afectadas por la sequía han incrementado desde los años 70 Ahora hay más confianza que en el TAR, en las formas proyectadas sobre el calentamiento y otras características a escala regional, incluyendo los cambios en las direcciones del viento, las precipitaciones, y algunos aspectos de eventos extremos y banquisa. Fuentes: IPCC 2007: 27th Session of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Valencia 12-17th November 2007 For further background: Parte 5 Parte 6 Fuente: IPCC 2007 I © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

19 Los Impactos Futuros del Cambio Climático
H2 Training Manual H2 Training Manual Part 1 Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: Stern 2006 Stern Review on the Economics of Climate Change Para explicaciones y historial: Stern Report_Summary_of_Conclusions_06.pdf (4 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 I Fuente: Stern 2006 © For requests: © For requests: Page 19

20 El Calentamiento Global – millones de personas en riesgo en 2080
H2 Training Manual H2 Training Manual Part 1 Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 La UE ha decidido que un 2ºC es el nivel prudente máximo para el calentamiento global Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 20

21 Las Fuentes Actuales de Emisiones del Gas Invernadero
H2 Training Manual Fuente: IEA World Energy Outlook 2004 B Fuente: IEA 2004 © For requests:

22 ¿Qué es un gas invernadero?
H2 Training Manual Gases atmosféricos que causan el calentamiento global y el cambio climatológico Más importante: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N20) Menos prevalente –sin embargo poderosos -- hidrofluorocarburos (HFCs), perfluorocarburos (PFCs) y hexafluoro oride de azufre (SF6) Fuente: UNFCC Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Para una historial, vea el siguiente diapositiva Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

23 ¿Qué es el Efecto del Gas Invernadero?
H2 Training Manual H2 Training Manual Part 1 Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 El Efecto Invernadero: Básicamente, toda la energía que entra en el atmósfera de la Tierra procede del sol. Absorbe una parte de la radiación, otra parte se esparce y otra parte vuelve al espacio por reflejo debido a los varios gases de la atmósfera, nubes y aerosoles – son partículas diminutas suspendidas en la atmósfera. El sol emite radiación solar principalmente en forma de radiación visible y ultravioleta. Mientras esta radiación viaja hacia la Tierra, aproximadamente un 25% es absorbido por la atmósfera y un 25% vuelve al espacio debido al reflejo de las nubes. La radiación que queda viaja a la Tierra y calienta su superficie. Como la Tierra es mucho más fresca que el sol, la energía reflejada desde la superficie de la Tierra es más baja en intensidad que la energía emitida por el sol, es decir, viene en la forma de una radiación infrarroja que es invisible. Alrededor de un 90% de la radiación infrarroja reflejada en la superficie de la Tierra es absorbido por los gases invernadero, antes de que puedan irse al espacio. Estos gases, igual que las nubes, vuelven a emitir esta radiación – devolviéndola hacia la tierra. La atmósfera actúa como los cristales de un invernadero y permite que penetre una radiación de corto alcance, sin embargo atrapa algo de la radiación infrarroja de largo alcance que intenta escapar. Este proceso hace que la temperatura de la atmósfera suba igual que en un invernadero. Esto es el efecto invernadero natural de la Tierra y mantiene nuestro planeta 60ºF más caliente de lo que pudiese ser de otro modo. (Fuente: National Oceanic and Atmospheric Administration) Source: UNFCC 2006 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: 23 © For requests: © For requests: Page 23

24 Ciclos de vida de GHG atmosférico y las fuentes humanas
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 I Fuente: © Graz Energy Agency - For requests: 24 © For requests: © For requests: Page 24

25 Fuente: ExxonMobil el 22 de ocubre 2004
H2 Training Manual H2 Training Manual Opciones de la tecnología para la reducción de CO2 Una visión de la dimensión de la tarea Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 La Tabla 2 muestra la dimensión de la tarea al citar varias actividades masivas cuya implantación podría lograr reducciones de 3,3 billones de toneladas de emisiones de CO2 (o 1 giga tonelada de carbono). Por ejemplo, se puede instalar 150 veces la actual capacidad de energía eólica, poner en funcionamiento 1 billón de coches de hidrógeno para sustituir los modelos convencionales de 30 (EEUU) millas por galón (7 litros por 100 Km.) o instalar cinco veces la capacidad actual para la energía nuclear. Alternativamente, se podría utilizar la mitad de la zona agrícola de Estados Unidos para la producción de biomasa. Parte 5 Parte 6 I Fuente: ExxonMobil el 22 de ocubre 2004 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 25

26 H2 Training Manual H2 Training Manual Los Problemas de Contaminación del Aire en Zonas Locales Relacionados con el Uso de Combustibles Fósiles Parte 1 Part 1 Acidificación. Polución fotoquímica. Materia Particulada. (PM10)(Particulate Matter) Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 26

27 Fuente: Scottish Environment Protection Agency (www.sepa.org.uk)
Acidificación H2 Training Manual H2 Training Manual La acidificación es un proceso en el cual la polución del aire (principalmente el amoniaco, el dióxido de azufre y el óxido de nitrógeno) se convierte en sustancias ácidas. Esta “lluvia ácida” provoca daños en los bosques y en los lagos, y contribuye a la liberación de metales pesados en el agua subterránea. Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 La acidificación es un proceso en el cual la polución del aire (principalmente el amoniaco, el dióxido de azufre y el óxido de nitrógeno) se convierte en sustancias ácidas. Esta “lluvia ácida” provoca daños en los bosques y en los lagos, y contribuye a la liberación de metales pesados en el agua subterránea. Los efectos menos conocidos son los múltiples formas en las que daña los ecosistemas de las costas y del agua dulce, los suelos e incluso los monumentos históricos, o las metales pesados que estos ácidos sueltan en el agua subterránea. El dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno son emitidos principalmente por la quema de los combustibles fósiles. Durante la década de los 90, estas emisiones cayeron significativamente, gracias a la combinación de las Directrices Europeas que obligaban la instalación de sistemas de desulfuración y al hecho de no utilizar el carbón como un combustible fósil y la reestructuración económica importante en el nuevo Lander Alemán. Sin embargo, la acidificación es aún un gran problema medioambiental en Europa. Es un tema que afecta a todos los países y requiere unas iniciativas coordinadas entre todos los países y los sectores. Para obtener más información sobre la acidificación en Europa, vea la página web de la Agencia Europea del Medioambiente. Parte 5 Parte 6 Fuente: Scottish Environment Protection Agency ( B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 27

28 La Polución Fotoquímica
H2 Training Manual H2 Training Manual Es un tipo de polución del aire que se produce cuando la luz solar actúa sobre los gases de los tubos de escape de los vehículos para formar sustancias nocivas como el ozono (O3), aldehídos y nitrato de peroxiacetilo (PAN). Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 El Smog Fotoquímico El smog fotoquímico es un tipo de polución del aire que se produce cuando la luz solar actúa sobre los gases de los tubos de escape de los vehículos para formar sustancias nocivas como el ozono (O3), aldehídos y nitrato de peroxiacetilo (PAN). El ozono produce dificultades respiratorias, dolores de cabeza, fatiga y puede agraviar los problemas respiratorios. El peroxiacetilo (CH3CO-OO-NO2) en el smog fotoquímico puede causar irritaciones en los ojos como picor o lagrimeo. La producción del ozono Los vehículos producen gases que provienen de los tubos de escape que contienen óxidos de nitrógeno como dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nítrico (NO). Con las altas temperaturas dentro de la cámara de combustión del coche (el cilindro), el nitrógeno y el oxígeno del aire reaccionan para formar óxido nítrico (NO): N2(g) + O2(g) -----> 2NO(g) Una parte del óxido nítrico (NO) reacciona con el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno (NO2): 2NO(g) + O2(g) -----> 2NO2(g) A veces se refiere a la mezcla de óxido nítrico (NO) y del dióxido de nitrógeno (NO2) como NO. Cuando la concentración de dióxido de nitrógeno sea muy superior a los niveles de aire limpio y haya mucha luz solar, entonces un átomo de oxígeno se separa de la molécula de dióxido de nitrógeno: NO2(g) > NO(g) + O(g) Este átomo de oxígeno (O) puede reaccionar con las moléculas de oxígeno (O2) en el aire para formar el ozono (O3): O + O > O3 El óxido nítrico puede quitar el ozono al reaccionar con ello para formar dióxido de nitrógeno (NO2) y oxígeno (O2): NO(g) + O3(g) -----> NO2(g) + O2(g) Cuando el ratio de NO2 a NO sea superior a 3, la formación de ozono es la reacción dominante. Si el ratio es inferior a 0,3, entonces la reacción del óxido nítrico destruye el ozono al mismo ritmo que se forma y mantiene el nivel de concentración del ozono a unos niveles que no produzcan daños. La reacción de los hidrocarburos (gasolina sin quemar) con el óxido nítrico y el oxígeno también produce dióxido de nitrógeno cuando haya luz solar y incrementa el ratio de dióxido de nitrógeno convertido en óxido nítrico. La producción de nitrato de peroxiacetilo El dióxido de nitrógeno (NO2), el oxígeno (O2) y los hidrocarburos (gasolina sin quemar) reaccionan cuando haya luz solar y produzcan el nitrato de peroxiacetilo (CH3CO-OO-NO2): Luz solar NO2(g) + O2(g) + hidrocarburos > CH3CO-OO-NO2(g) Fuente: AUS-e-TUTE (ausetute.com.au) Parte 5 Parte 6 Fuente: B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 28

29 La Materia Particulada (PM10)
H2 Training Manual H2 Training Manual La materia particulada es la suma de todas las partículas suspendidas en el aire, muchas de ellas nocivas. Dichas partículas varían enormemente en tamaño y composición, e influyen en la salud humana. Se diseñó del estándar PM10 (partículas que miden 10µm o menos) para identificar aquellas partículas que podrían ser inhalados con más probabilidad por el ser humano, y el PM10 se ha convertido en la forma de medida de materia particulada de más aceptación en Europa. Las fuentes principales de PM10 primaria son: el transporte por carretera (el transporte por carretera emite PM10, pero los vehículos de diésel emiten una masa mayor de materia particulada por vehículo y kilómetro), la combustión estacionaria (tradicionalmente la combustión doméstica con carbón ha sido una fuente importante de emisiones de partículas) y los procesos industriales (incluyendo el manejo de grandes volúmenes, la construcción, la minería y las canteras). Parte 1 Part 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 La materia particulada es la suma de todas las partículas sólidas y líquidas que quedan suspendidos en el aire, muchas de ellas son nocivas. Esta mezcla compleja contiene, por ejemplo, polvo, polen, hollín, humo y gotas de líquido. Estas partículas aparecen en distintos tamaños; pueden ser gruesas, finas o ultra finas. También varían en su composición y origen. Las partículas se emiten directamente al aire mediante fuentes como los procesos de combustión, el polvo presente en el viento, o lo que se forma en la atmósfera mediante la transformación de gases emitidos como el SO2. En Europa, la materia orgánica y de sulfato son los componentes principales de las partículas de la polución del aire cuando se habla de la masa de partículas. El polvo mineral, el nitrato y el hollín también pueden ser componentes importantes bajo ciertas condiciones. En Europa, la exposición, a largo plazo, a las actuales concentraciones de materia particulada en el medioambiente puede afectar los pulmones de niños y adultos y puede reducir la expectativa de vida en algunas personas, especialmente en personas con enfermedades preexistentes del corazón y del pulmón. La materia particulada en el medioambiente es responsable de los efectos nocivos sobre la salud, incluso cuando haya una ausencia de otros contaminantes del aire. Se ha demostrado que tanto las partículas gruesas y finas afectan a la salud, sobre todo el sistema respiratorio. Las partículas finas son más peligrosas que las partículas gruesas. Aparte del tamaño de las partículas, hay otras características específicas biológicas, químicas y físicas que influyen en los efectos nocivos sobre la salud que son la presencia de metales, PAHs, otros componentes orgánicos o ciertas toxinas. Cuando una materia particulada se mezcla con otros contaminantes del aire, los efectos individuales de cada contaminante se acumulan. En algunos casos, sobre todo con la combinación de materia particulada con el ozono o sustancias que provocan alergias, los efectos resultaron ser incluso mayores que la suma de los efectos individuales. Cuando la materia particulada interactúa con los gases, dicha interacción cambia su composición y en consecuencia, sus efectos. Ciertos grupos de personas son más susceptibles a sufrir daños a su salud debido a la materia particulada en el medioambiente. Dentro de estos grupos de personas se incluyen las personas mayores, los niños y las personas que ya padecen enfermedades del corazón, del pulmón o que son asmáticos. También se incluyen la poblaciones menos favorecidas en los aspectos sociales y educacionales. Puesto que algunas personas son vulnerables incluso cuando haya bajas concentraciones de materia particulada en el medioambiente, ninguna umbral ha sido identificado para determinar un nivel en el cual no hay efectos sobre la salud de las personas. Los estudios realizados sobre las poblaciones humanas sugieren que un número de fuentes de materia particulada, sobre todo las emisiones de vehículos y la combustión de carbón, están relacionadas con los efectos adversos sobre la salud. La exposición personal depende tanto de los niveles de materia particulada en el ambiente como las fuentes interiores de la materia particulada como el humo de los cigarrillos o la exposición a la materia particulada en el trabajo. El impacto sobre la salud pública con una exposición a la materia particulada a largo plazo es probablemente mayor que una exposición a corto plazo con concentraciones altas. La exposición a largo plazo afecta a las poblaciones que viven cerca de carreteras con mucha circulación. Fuente: GreenFacts ( Parte 5 Parte 6 B Source: NAEI ( © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 29

30 H2 Training Manual H2 Training Manual Las tecnologías para controlar los problemas de aire locales relacionadas con hidrocarburos Parte 1 Part 1 Los sistemas de correción industrial en centrales de energía y vehículos. Un incremento en la eficiencia de los centrales de energía y los vehículos. Sustitución de los hidrocarburos por una energía y un sistema de transporte con combustibles más límpios, con la posibilidad de que sean libres de carbonos y renovables. Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 30

31 H2 Training Manual Parte 1 # 5: La Primera Solución: La Reducción de la Demanda antes que el Suministro. Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests:

32 H2 Training Manual H2 Training Manual !La Conservación/Eficiencia de la Energía Primero! También para la Economía de la Energía H2 El Principio del diseño básico para todos los sistemas de suministro de energía: Paso: La Reducción de la demanda de la energía. Paso: Un suministro eficiente de la demanda restante. Normalmente: Cualquier diseño debe estar enfocado a todas las posibles formas de reducir la demanda. Después, la demanda restante debe ser suministrada tan eficientemente como sea posible. Sobre todo, si consisten en energías renovables. Enfoque y requisitos: Conseguir fiables conocimientos sobre la “verdadera” (reducida) demanda. Esto requiere buenas capacidades en ingeniería y una planificación más detallada – menos sobrecargas de seguridad. Un diseño del sistema en vez de un diseño de componentes. Y: La demanda depende de la información y el precio: por Ej.. Medición del consumo y la facturación => Introducir una facturación relacionada con la demanda. Una nueva filosofía de diseño: de “cuanto más, mejor” a “cuanto más eficiente, mejor”. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Palabras clave, comentarios: Generalmente, cualquier enfoque relacionado con el diseño debería centrarse en primer lugar en la conservación de la energía mediante la evaluación de todas las posibles oportunidades para reducir la demanda. Solamente después se debería suministrar la demanda restante tan eficientemente como sea posible – incluyendo las opciones de suministro con las renovables. Esto requiere un concepto de planificación integrado. Después, se debe cubrir la demanda tan eficientemente como sea posible. Especialmente, si se trata de recursos en escasez como el hidrógeno o las renovables. Un buen ejemplo es la reducción de todas las cargas de enfriamiento eléctricas y termales incluyendo las opciones relacionadas con la protección solar mediante sombras antes de evaluar un aparato de aire acondicionado. Los honorarios para la ingeniería, no sólo con respecto al volumen de inversión, sino también teniendo en cuenta la eficiencia y el coste del ciclo de vida. Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 32

33 H2 Training Manual H2 Training Manual Las Posibilidades para la Reducción de emisiones relacionadas con CO2 según sectores y regiones Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: Center for European Policy Studies (CEPS) 2005: HACIA UN REGIMÉN SOBRE LA CLIMATOLOGÍA GLOBAL. ÁREAS PRIORITARIAS PARA UNA ESTRATEGÍA COHERENTE EN LA EU La eficiencia energética posee el mayor potencial para reducir las emisiones de GHG. En el Escenario de una Política Alternativa Mundial, que fue formulado por el IEA en su Visión de la Energía Mundial en 2004, un uso más eficiente de la energía en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo vehículos, electrodomésticos, la iluminación y los usos industriales, constituye casi el 60% de la reducción en emisiones de CO2. Un cambio en la mezcla de combustibles para la producción de energía en favor de la energía renovable y nuclear constituye la mayor parte del resto. Vea la Tabla 3 para las reducciones potenciales identificados por la IEA. Una mejora en la eficiencia de la energía tendría que replicar e incluso reforzar las tendencias hacia una eficiencia mayor, que se logró durante las décadas de los 70 y los 80. Según la IEA (2004), las mayores reducciones en emisiones de CO2/GDP ocurrieron en los años 70 y 80, principalmente como resultado de una eficiencia en la energía, el cual fue responsable de aproximadamente un 60% del total. Los altos precios de la energía provocados por las crisis del petróleo en los años 70 motivó una mayor eficiencia en el ahorro de la energía y la búsqueda de nuevas fuentes de energía. Igualmente, se puede explicar la caída en el ritmo del ahorro de la energía durante los años 90 debido a unos precios de energía más bajos desde 1986 en adelante. Por ejemplo, la cuota de energía de los costes totales de la producción en el sector industrial ha caído un 50%. De igual modo, la cuota de ingresos que se ha gastado en la energía ha caído un 20-50%. Y comparada con la renta disponible, el coste del combustible para los coches ha caído un %. Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Source: IEA WEO `04 © For requests: © For requests: Page 33

34 Global CO2 Mitigation Cost Curve 2030 (beyond business as usual)
H2 Training Manual H2 Training Manual Fuente: El Mapa del Impacto del Clima Global 07 de Vattenfall Hemos identificado los costes para las distintas tipos de medidas relacionadas con la reducción de CO2. El resultado es una reducción marginal en la curva de coste (MAC), en el que las diferentes medidas están clasificadas desde las más baratas a las más caras. En consecuencia, muchas medidas de la demanda reducción/eficiencia tienen altas potencias a un coste marginal negativo. I Source: Vattenfall 2007 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 34

35 H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 # 6: La Economía del Hidrógeno: Perspectivas, Elementos del Sistema, Beneficios y Retos. Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 35

36 Esbozo de un Futuro (H2-)La Economía de la Energía
H2 Training Manual H2 Training Manual Esbozo de un Futuro (H2-)La Economía de la Energía Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Esta diapositiva muestra como sería un sistema de energía integrado en el futuro: Una variedad de fuentes de energía renovable como el viento, PV y Hidro Se utiliza el H2 como portador de energía Combina grandes y pequeñas pilas de combustible para el calor doméstico y descentralizado y para la generación de energía. Se podría utilizar redes locales de hidrógeno para impulsar vehículos con combustible convencional o con pilas de combustible. Se almacena el CO2 en pozos de gas reducido (CCS – Recogida y Almacenaje de Carbono) Para explicaciones y historial: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003.pdf (35 páginas, fichero adjunto) Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 36

37 La Economía del Hidrógeno Renovable – una Visión
H2 Training Manual Tráfico carretera Aeroespacio Ríos Océanos Atmósfera Agua subterráneo Producción de Electricidad Mercado del Calor Petroquímica Química de Hidrógeno Electrolysis Desmineralización Producción de Electricidad de energía solar, eólica Energía hidro Licuefacción Air Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Fuente: Ludwig Jörisson, H2 Manual de Formación, capítulo 4 Aunque hoy en día se produce el hidrógeno principalmente con las fuentes de los fósiles, en el futuro se podrá considerar el hidrógeno como una energía vector que permite que la energía generada de la energía solar y eólica pueda introducirse en el mercado de los combustibles para el transporte por carretera además de las aplicaciones aeroespaciales. Además, se podría utilizar el hidrógeno para los recortes de pico (peak shaving) o para el almacenamiento estacional de energía en el mercado de la electricidad. Además, la gasificación de la biomasa puede proporcionar una fuente adicional de energía renovable para la producción del hidrógeno. La producción del hidrógeno con las energías renovables y su uso como un combustible en el tráfico por carretera podría reducir la dependencia de fuel mineral que actualmente es la fuente principal para la producción de combustibles. El hidrógeno producido con las energías renovables también podría reducir las emisiones de CO2 y los contaminantes clásicos (CO, NOx hollín) generadas por los motores de combustión internas que funcionan con hidrocarburos. Se puede considerar que los vehículos que funcionan con pilas de combustible utilizando el hidrógeno como combustible están completamente libres de emisiones cuando están en uso. Electrolyzers descentralizados y colocados en las gasolineras o en los portadores de combustible domésticos proporcionan una opción para la implantación de una infraestructura del hidrógeno incipiente. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la implantación de una economía del hidrógeno como se muestra arriba, deberá tratar los siguientes temas claves: Una densidad limitada de la energía volumétrica del hidrógeno. La implantación de una nueva infraestructura del combustible. Una eficiencia limitada en el uso del hidrógeno como forma de almacenar la energía. Otros caminos para la conversión de las energías renovables en combustibles o para el almacenamiento de la electricidad en recortes de pico y para el almacenamiento estacional de la energía podrían ser implantados más fácilmente. Actualmente, se está estudiando con intensidad la conversión de la biomasa en combustible de hidrocarburo (por Ej. diésel) o metano. Además, los avances en la tecnología de las baterías podría permitir la implantación de vehículos que funcionen solamente con electricidad. Parte 6 I Fuente: Ludwig Jörisson, H2 Training manual, capítulo 4 © For requests:

38 El Uso del Hidrógeno Hoy
H2 Training Manual El hidrógeno es una materia prima importante en la industria química: Producción de fertilizantes. Petroquímica (Desulfurización, Hidrocracking). La industria alimenticia (endurecimiento de grasas). Procesos metalúrgicos (recocido de metales, endurecimiento, sinterización). semiconductores (elemento de dopaje). La tecnología del hidrógeno es ya un estado presente. Sin embargo, no como una tecnología energética. El almacenaje del hidrógeno y su transporte son bien conocidos: 1900 uso industrial, por Ej. soldadura de gas (Se puede considerar esta etapa como el comienzo de la era del hidrógeno). las primeras aplicaciones en globos. 1898 licuefacción a LH2 por James Dewar. Usado en “gas urbano”, contenido aproximado de H2 50% - 60%. En una futura economía del hidrógeno solar, se podría emplear el hidrógeno como un combustible limpio, un almacenaje estacional. El transporte transoceánico de energía, materia prima Química (petroquímica regenerativa) Part 1 Part 2 Part 3 Part 4 Part 5 Fuente: Ludwig Jörisson, H2 Manual de Formación Actualmente, se produce aproximadamente 50 millones de toneladas de hidrógeno en todo el mundo para muchas aplicaciones. Se produce aproximadamente 31 millones de toneladas al año de la conversión de combustibles fósiles (gas natural, petróleo pesado). Se produce aproximadamente 19 millones de toneladas al año como productos derivados del hidrógeno principalmente de “reforming” y de las fuentes petroquímicas. La industria química y metal han estado utilizando el hidrógeno durante más de 100 años en grandes cantidades y con un buen historial de seguridad. El uso más importante (~ 50%) es la producción de amoniaco que luego se convierte la mayor parte de las veces en fertilizantes. Alrededor del 37% del hidrógeno producido se utiliza en la refinación de petróleo para la desulfurización y el “hidrocracking”. Aproximadamente un 8% del hidrógeno se utiliza para la producción de metano, principalmente para éter metil terbutílico (MBE), un poderoso aditivo antidetonante para la gasolina. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno producido se utiliza en el mismo sitio donde se produce. Solamente se vende un 4% como gas técnico, que se emplea, por ejemplo, en la industria alimenticia para el endurecimiento de grasas, como un gas inerte durante procesos metalúrgicos o como un gas dopante de alta pureza en la industria de los semiconductores. En otros tiempos, se utilizaba el gas urbano que consistía en una mezcla de CO y hidrógeno para los servicios de energía pública. Hoy en día, el empleo del hidrógeno para su uso en la tecnología ha desaparecido prácticamente. De todas formas, los residuos y los productos derivados del hidrógeno que no son aislados de los procesos químicos, todavía son utilizados para generar el proceso de la energía. En el futuro, se considerará el hidrógeno como una opción viable para proporcionar energía limpia. Se puede producir hidrógeno de muchas energías primarias. Inicialmente, estas serán energías fósiles como el gas natural o el carbón. Cuando estén disponibles en cantidades grandes, las energías renovables como la electricidad que sobra de la energía solar o eólica además de la biomasa serán la primera fuente de energía para la producción del hidrógeno. El hidrógeno es un combustible ideal para las pilas de combustible. Sin embargo, se puede emplear también en los motores de combustión interna o en las turbinas de gas. Part 6 B Fuente: Ludwig Jörisson, H2 Manual de Formación, capítulo 4 © For requests:

39 Hidrógeno: Las Fuentes de la Energía Primaria, Convertidores y Aplicaciones
H2 Training Manual H2 Training Manual SUMINISTRO DEMANDA Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Una alta y sostenible calidad de vida es el motor básico para proporcionar en Europa un suministro de una energía limpia, fiable y segura. Para garantizar un ambiente económico competitivo, los sistemas de energía deben cubrir las necesidades de la sociedad con precios asequibles: – Mitigar los efectos del cambio climático; – Reducir los contaminantes tóxicos; y – Prever la disminución de las reservas de petróleo. Si no logra cubrir estas necesidades, tendrá efectos negativos significativos sobre: – la economía; – el medioambiente; y – la salud pública. Por lo tanto, se debe introducir medidas que promocionan: – un uso más eficiente de la energía; y – un suministro energético que procede de una proporción creciente de fuentes libres de carbono. Los efectos potenciales del cambio climático son muy graves y lo más importante de todo, irreversibles. Europa no puede permitirse el lujo de esperar antes de tomar medidas de acción y debe apuntar por lo mejor – un futuro libre de emisiones basado en la energía sostenible. La electricidad y el hidrógeno juntos representan una de las formas más prometedoras para lograr este objetivo, junto con las pilas de combustible que proporcionan un conversión de energía muy eficiente. El hidrógeno no es una fuente de energía primaria como el carbón o el gas. Es un portador de energía. Inicialmente, se producirá utilizando los sistemas de energía existentes basados en distintos y convencionales portadores y fuentes de energía primaria. A más largo plazo, las fuentes de energía renovable se convertirán en la fuente más importante para la producción del hidrógeno. El hidrógeno regenerativo, y el hidrógeno procedente de las fuentes nucleares y los sistemas de conversión de energía basados en fósiles con captura, y un almacenaje seguro de las emisiones de CO2, son energías que están prácticamente libres de carbono. Producir el hidrógeno en las grandes cantidades que son necesarias para el transporte y los mercados de energía estacionaria podría convertirse en una barrera para avanzar más allá de la fase inicial de la demostración. Si el coste y la seguridad del suministro son consideraciones dominantes, entonces la gasificación del carbón con el secuestro de CO2 puede resultar interesante para grandes áreas de Europa. Si la voluntad política es cambiar a las energías renovables, entonces la energía de biomasa, solar, eólica y marina serán más o menos viables según las condiciones geográficas regionales y climáticas. Por ejemplo, la energía termal solar que es concentrada, es una opción potencialmente asequible y segura para la producción a gran escala de hidrógeno, sobre todo para el sur de Europa. La amplia gama de opciones para fuentes, convertidores y aplicaciones, mostrada en el gráfico 1 y 2, aunque no es exhaustiva, refleja la flexibilidad del hidrógeno y los sistemas de energía de las pilas de combustible. Se puede utilizar las pilas de combustible en una amplia gama de productos, desde muy pequeñas pilas de combustible en aparatos portátiles como teléfonos móvil, y ordenadores portátiles hasta aplicaciones móviles como coches, vehículos de reparto, autobuses y barcos, hasta generadores de calor y energía en aplicaciones estacionarias en el sector doméstico e industrial. Los sistemas de energía del futuro también incluyen convertidores de energía convencionales que funcionan con hidrógeno (por Ej. Motores de combustión interna, motores Stirling, motores turbinos) además de otros transportadores de energía (por Ej. el calor y la electricidad directo de la energía renovable, y los bio-combustibles para el transporte). Los beneficios del hidrógeno y las pilas de combustible tienen amplio alcance, sin embargo no se verá su verdadera utilidad hasta que no estén en total uso. El uso del hidrógeno en los sistemas de pilas de combustible ofrece emisiones de carbono muy bajas o de cero y ninguna emisión de sustancias nocivas que dañan el aire como el dióxido de nitrógeno, el dióxido de azufre o el monóxido de carbono. Debido a su bajo nivel de ruido y su alta calidad de energía, los sistemas de pilas de combustible son idóneos para el uso en hospitales o en centros informáticos o aplicaciones para móviles. Ofrecen una alta nivel de eficiencia, independientemente de su tamaño. Los trenes eléctricos de pilas de combustible proporcionan una reducción significante en el consumo de energía y en emisiones reguladas. Las pilas de combustible también sirven como Unidades de Energía Auxiliar en combinación con motores de combustión interna, o en los sistemas de apoyo estacionarios cuando funcionen. Los trenes eléctricos con pilas de combustible pueden proporcionar una reducción significativa en el consumo de la energía y en las emisiones reguladas. También se puede utilizar las pilas de combustible. Las pilas como Unidades de Energía Auxiliar en combinación con los motores de combustión interna, o en los sistemas estacionarios de apoyo cuando funcionen con reformers para la conversión a bordo de otros combustibles – con el ahorro de energía y una reducción en la polución del aire, especialmente en el tráfico urbano. En resumen, el hidrógeno y la electricidad juntos representan una de las formas más prometedoras de producir una energía sostenible, mientras que las pilas de combustible proporcionan el mecanismo de conversión más eficiente para la conversión del hidrógeno y otros posibles combustibles en electricidad. El hidrógeno y las pilas de combustible abren el camino para integrar sistemas de energía abiertos que simultáneamente cubren todos los retos de la energía y el medioambiente. Además son lo bastante flexibles para adaptarse a diversas e intermitentes fuentes de energía renovable que serán disponibles en la Europa del 2030. Continuación en la siguiente diapositiva Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: Source: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 39

40 Hidrógeno: Pilas de Combustible, Combustibles y aplicaciones.
H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 (continuación de la diapositiva anterior) Europa debería ser el líder en asumir una análisis racional de las opciones de las energías alternativas y demostrar los beneficios de una transición hacia un uso extendido del hidrógeno y las pilas de combustible. Tendrá que proporcionar soluciones rentables para los siguientes retos claves y ser el motor principal para los futuros sistemas de energía. La seguridad de la energía y su suministro: La sociedad de hoy depende en gran medida de la disponibilidad constante de combustibles fósiles asequibles, los cuales, en un futuro, se concentrarán cada vez más en un número más pequeño de países – creando potencial para la inestabilidad geopolítica de precios. El hidrógeno abre el camino hacia una amplia grama de fuentes primarias de energía, incluyendo los combustibles fósiles, la energía nuclear y cada vez más, las fuentes de energía renovable (por Ej. Eólica, solar, oceánica y biomasa), al hacerse más disponible. Por lo tanto, la disponibilidad y el precio del hidrógeno como portador debería ser más estable que cualquier otra fuente de energía. La introducción del hidrógeno como portador de energía, junto con la electricidad, permitiría que Europa pudiese explotar los recursos que mejor se adapten a las circunstancias de cada región. El hidrógeno y la electricidad también permiten una flexibilidad en el balance de la energía centralizada y descentralizada, basado en unas redes inteligentes y bien distribuidas para poder abastecer de energía zonas alejadas o aisladas (por Ej. islas y montañas) La energía descentralizada es atractiva tanto para asegurar la calidad de la energía para cubrir las necesidades específicas del cliente, como para incrementar las medidas de seguridad y dispersar puntos de concentración de riesgo. La habilidad para almacenar el hidrógeno más fácilmente que la electricidad puede ayudar con la nivelación de cargas y en el balance de la naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovable. Asimismo, el hidrógeno es uno de los pocos portadores de energía que permite que se pueda introducir las fuentes de energía renovable en los sistemas de transporte. La competitividad económica: Desde la primera crisis del petróleo en los años 70, el crecimiento económico no ha sido directamente relacionado con el crecimiento en la demanda de la energía en el sector industrial. mientras que en el sector del transporte el incremento en la movilidad aún lleva a un incremento proporcionado en el consumo de la energía. Se debe reducir la cantidad de energía que se necesita para cada unidad de crecimiento, mientras que el desarrollo de los portadores de energía y las tecnologías para asegurar un suministro de energía de bajo coste es de gran importancia. El desarrollo y las ventas de los sistemas de energía también son elementos importantes en la creación de la riqueza, desde automóviles hasta centrales de energía, creando un empleo sustancioso y oportunidades para la exportación, especialmente para las naciones en fase de industrialización. El liderazgo europeo en el hidrógeno y las pilas de combustible tendrá un papel clave en la creación de oportunidades de empleo de alta calidad, desde la I+D estratégico hasta la producción y artesanos. En EEUU y Japón, el hidrógeno y las pilas de combustible se considerarán como las tecnologías esenciales para el siglo XXI e importantes para la prosperidad económica. Existe una inversión fuerte y una actividad industrial en el campo del hidrógeno y las pilas de combustible en estos países que impulsa la transición hacia el hidrógeno – independientemente de Europa. Si Europa quiere competir y ser uno de los líderes mundiales, debe intensificar sus esfuerzos y crear un ambiente que favorece el desarrollo del negocio. La calidad del aire y las mejoras en cuanto a la salud. Una tecnología mejorada y los tratamientos post-combustión para las tecnologías convencionales continuamente reducen las emisiones de los contaminantes. Sin embargo, los óxidos de nitrógeno y las partículas todavía son un problema en ciertas zonas, mientas que la tendencia global hacia la urbanización enfatiza la necesidad para soluciones de energía limpia y un mejor transporte público. Los vehículos y la generación de la energía estacionaria impulsados con hidrógeno son mecanismos con emisiones cero cuando estén en uso. También ofrecen beneficios en cuanto a la calidad de aire en zonas locales. La reducción del gas invernadero: Se puede producir el hidrógeno de las fuentes de energía que son libres de carbono o carbono neutral, o de combustibles fósiles con la captura y recogida de CO2. Por lo tanto, el uso del hidrógeno podría eliminar las emisiones de gas invernadero en el sector de la energía. Las pilas de combustible ofrecen una generación de energía limpia y eficiente con una gama de combustibles. También pueden ser colocados cerca de los puntos de uso final permitiendo la explotación del calor generado durante de proceso. Se podría lograr uno ahorros con respecto al gas invernadero de aproximadamente 140 MtCO2 al año (un 14% de los niveles de las emisiones de CO2 que hoy en día proceden de la generación de la electricidad) si un 17% de la demanda total de la electricidad que actualmente se suministra desde las centrales de energía centralizada fuera sustituida por unas centrales de energía más eficientes y descentralizadas, y que incorporasen unos sistemas de pilas de combustible estacionarias de alta temperatura impulsados por el gas natural. Los sistemas de las pilas de combustible serán utilizadas como una carga de base en los sistemas futuros de la energía descentralizada. No se proponen estos ejemplos como metas, sino que solamente sirven de demostración de como se puede lograr ahorros en el CO2 mediante unas modestas penetraciones de los vehículos de hidrógeno y la generación de energía basada en las pilas de combustible. Juntos, un 15% de vehículos de hidrógeno regenerativo y los sistemas híbridos de pilas de combustible/turbina de gas, podrían suministrar alrededor de unos ahorros de 250 MtCO2 cada año. Esto corresponde aproximadamente al 6% de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía previstas para 2030, y tal avance permitiría que Europa vaya más allá que el Protocolo de Kyoto. Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests:

41 Las Tecnologías en la Producción de Hidrógeno
H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests:

42 Las Tecnologías para el almacenamiento del Hidrógeno (Resumen)
H2 Training Manual H2 Training Manual Parte 1 Parte 2 Parte 3 Part 4 Parte 5 Parte 6 I © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 42

43 Las Principales Ventajas de los Sistemas de Pilas de Combustible.
H2 Training Manual H2 Training Manual Alta eficiencia. Emisiones cero cuando se utiliza hidrógeno, y emisiones muy bajas (e.g. NOx, CO…) cuando se utiliza otros combustibles. Mecanismos sencillos, baja vibración y ruido, costes de mantenimiento bajos. Un ratio alto de electricidad a calor comparado con las convencionales combinaciones de plantas de calor y energía. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Las pilas de combustible conviertan el combustible y el aire en electricidad, calor y agua directamente en un proceso electroquímico. No son como los motores convencionales ya que no queman ni el combustible, ni operan pistones o conductos, y por lo tanto poseen menos pérdidas en la eficiencia, bajas emisiones y ninguna parte móvil. Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 43

44 Los Beneficios del las Pilas de Combustible Estacionarias
H2 Training Manual H2 Training Manual Eficiencia: Las pilas de combustible son altamente eficientes, sea cual sea el tamaño, y tienen una calidad de energía alta. Emisiones: Emisiones muy bajas o cero y no hay emisiones de contaminantes nocivos al aire, como dióxido de nitrógeno, dióxido de azufre o monóxido de carbono. Medioambiente: Niveles bajos de ruido y emisiones significa que se puede colocar las pilas de combustible en lugares sensibles. Comodidad: Las pilas de combustible pueden proporcionar tanto calor como energía con una gama de combustibles; en contraste con los sistemas de calor y energía combinados que operan con un ratio de energía superior al calor. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Source: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 44

45 Los Beneficios de las pilas de combustible para el transporte (1/2)
H2 Training Manual H2 Training Manual Eficiencia: Coches con pilas de combustible han demostrado una alta eficiencia cuando funcionan con hidrógeno, en comparación con los motores de combustión interna y las pilas de combustible integradas en el reforming a bordo de metano o gasolina. Las emisiones de CO2 y la seguridad de la energía: los vehículos de pilas de combustible que utilizan hidrógeno ofrecen mayores beneficios en comparación con los motores de combustión internas del futuro y los vehículos de pilas de combustible que emplean otros combustibles, sobre todo cuando se mire en el contexto de una transición al hidrógeno renovable a largo plazo. Las emisiones reguladas: Los coches de pilas de combustibles tienen emisiones muy bajas, e incluso emisiones cero cuando se utiliza hidrógeno. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Source: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Additional background: (Source: Center for European Policy Studies (CEPS) : The climate change challenge as seen from the EU) Hydrogen in Transport: In the long-term hydrogen has considerable promises and may become the fuel for the transport sector able to meet necessary volumes and environmental standards. However given that hidrocarburos will be the main source for hydrogen in the next decades[i] this has little value without separation and storage of CO2 from hydrogen production. To date hydrogen in transport faces three basic challenges. The first is to develop the infrastructure, the second the availability and cost-effectiveness of the vehicle technology and the third regulatory standards for safety. There is still controversy on whether the infrastructure or vehicle challenge is more difficult.[ii] Both needs considerable technology focus and investment to deliver the necessary breakthrough, most likely over decades. [i] production costs for hydrogen from using electricity for electrolysis of water will not be competitive with for example natural gas reforming. [ii] The alternative fuels group organised by DG TREN of the European Commission concluded that vehicle technology is the principal challenge. Hydrogen and fuel cell vehicles offer great promise for addressing GHG emissions in the longterm. In the short and mid-term, however, there is scope for technological improvement in existing conventional technologies, such as the internal combustion engine, in a cost-effective way. Forecasts give a potential for specific fuel consumption reduction for vehicles with direct drive until 2030 of around 20%, compared to current diesel vehicles. Internal combustion engines typically convert 15% of the energy content of fuels into useful mechanical work. Even small improvements in engine efficiency from 15% to 20% can therefore make a large impact on energy demand (see WBCSD, 2004a). The use of hybrid technology can also contribute to substantial reductions in CO2 emissions. Combined with advanced aerodynamics, lightweight materials, the reduction of rolling resistance (including low rolling resistance tires) and high efficiency engines, there is further scope for increased efficiency. It is possible that hydrogen (H2) will be the preferred energy carrier for the road transport sector in the long-term, capable of meeting necessary volumes and environmental standards. However, hidrocarburos will be the main source for hydrogen in the next decades – given the fact that the costs for producing hydrogen via electrolysis of water will not be competitive for example with natural gas reforming. Therefore, until we master carbon capture and storage, hydrogen has little value for reducing GHG emissions. And even after technological breakthroughs are achieved, hydrogen faces two basic challenges. The first concerns the development of infrastructure; the second is the vehicle technology. There is still controversy over which of these two challenges is the more difficult to overcome when considering the potential for large-scale use of hydrogen. Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 45

46 Los beneficios de las pilas de combustible para el transporte (2/2)
H2 Training Manual H2 Training Manual Energía: Las pilas combustible pueden suministrar electricidad a bordo con una alta eficiencia. Los coches con pilas de combustible podrían producir energía de apoyo para hogares, oficinas o lugares remotos. Rendimiento y comodidad: Los vehículos de hidrógeno y pilas de combustible podrían ofrecer calidades similares o mejores en cuanto a su rendimiento y comodidad. Congestión: Los vehículos silenciosos podrían repartir las mercancías durante la noche, así quitaría tráfico de las carreteras durante el día. Comodidad: Los vehículos de pilas de combustible ofrecen una conducción suave y emiten poco ruido. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Fuente: EC_Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our Future_2003 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 46

47 Fuente: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006
H2 Training Manual H2 Training Manual Clasificación general de las opciones de mitigación del GHG => H2 es menos eficiente en coste Parte 1 Parte 2 Source: CEPS 2006 Parte 3 Parte 4 Fuente: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006: REVISANDO LAS OPCIONES DE LA POLÍTICA EUROPEA PARA TRATAR EL CAMBIO CLIMÁTICO. UNA ANÁLISIS SOCIAL DEL COSTE-BENEFÍCO DE LAS ESTRATÉGIAS PARA LAS REDUCCIONES DE LAS EMISIONES GHG Este gráfico ofrece una buena oportunidad para hablar sobre el papel del hidrógeno con respecto a la mitigación del GHG en relación con otros portadores de energía como el CHP, bio-combustibles o nuclear además de las medidas de eficiencia de la energía como el aislamiento o la eficiencia del calor. Por supuesto, con el futuro desarrollo de la tecnología, las clasificaciones del gráfico pueden cambiar. Desde la perspectiva de una análisis del coste-benéfico social, las cinco opciones destacan ya que ofrecen el mejor ratio coste-beneficio al tener en cuenta temas externos, por lo menos aquellos que pueden ser cuantificados: • El aislamiento es muy rentable desde el punto de vista del usuario final al reducir las emisiones de GHG y tiene beneficios complementarios para la seguridad de la energía y la calidad del aire, aunque las escala global para lograr reducciones es solo de nivel medio si se compara con las opciones de la vertiente del suministro. • Las centrales de energía con un ciclo combinado de gasificación integrado tienen unos costes medios pero contribuyen significativamente al objetivo a largo plazo de aplicar la captura y almacenaje de carbono en las mismas centrales y en aquellas otras que funcionan con carbón. • Los Bio-combustibles para el transporte poseen unos costes de implantación medios-altos y altos beneficios para la seguridad de la energía, sin embargo puede haber limitaciones en cuanto a la escala de su implantación. • El coste de la cogeneración de ciclo combinado probablemente es bajo y aunque presente importantes incertidumbres tiene un gran potencial a la hora de reducir las emisiones de GHG y ofrecen seguridad en el suministro de energía complementario e importantes beneficios en cuanto a la calidad del aire. • La energía nuclear parece ser rentable y tiene beneficios significativos en cuanto a la prevención de la contaminación del aire y la seguridad en el suministro de energía. Sin embargo, hay que evaluar su idoneidad basado en su aceptación política y los riesgos en cuanto a su proliferación, y incluyendo todos los costes, como el coste del almacenamiento final del combustible usado y el riesgo de accidentes. El futuro desarrollo de las pilas de combustible con hidrógeno es muy incierto y depende de muchos factores, incluyendo el precio de la energía, el desarrollo de la tecnología y la política sobre la climatología. Para los cálculos sobre las reducciones de CO2, esta opción interactúa con los bio-combustibles, los vehículos híbridos y las mejoras en la eficiencia del combustible. Además, el desarrollo de CCS es importante puesto que crea la posibilidad de producir el hidrógeno de un modo rentable que respeta al clima. Parte 5 Parte 6 A Fuente: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: © For requests: © For requests: Page 47

48 Los Retos Futuros para las Pilas de Combustible
H2 Training Manual H2 Training Manual Los Retos Futuros para las Pilas de Combustible Coste: Salvo en aplicaciones importantes como la producción de energía de apoyo para importantes instituciones financieras, las pilas de combustible hoy en día son demasiado caras para su lanzamiento comercial. Ciclo de Vida: Algunos sistemas de pilas de combustible han durado miles de horas, pero todavía se está en fase de pruebas en muchos de ellos. Fiabilidad: Se debe comprobar no solo las pilas de combustible, sino también los equipos de apoyo como los procesadores de combustible. Novedad: En la mayoría de los mercados tradicionales, cualquier tecnología nueva necesita mucho apoyo y comprensión por parte del público para competir. Descubrimientos Tecnológicos son necesarios al mismo tiempo para mejorar el funcionamiento de las pilas de combustible, su fiabilidad y coste. Infraestructura: Reabastecimiento, proceso de fabricación a gran escala, infraestructuras de apoyo, como personal formado, que todavía no está disponible para los sistemas de pilas de combustible. Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 B © Graz Energy Agency - For requests: Fuente: EC DGRD 2003 © For requests: © For requests: Page 48