La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Esta presentación tiene como propósito brindar un panorama acerca de la tecnología asociada al hidrógeno, que es un transportador de energía y al mismo.

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Esta presentación tiene como propósito brindar un panorama acerca de la tecnología asociada al hidrógeno, que es un transportador de energía y al mismo."— Transcripción de la presentación:

1 Esta presentación tiene como propósito brindar un panorama acerca de la tecnología asociada al hidrógeno, que es un transportador de energía y al mismo tiempo una opción viable para sustituir a los hidrocarburos fósiles. Tecnología del Hidrógeno Toluca, México; Noviembre 6, 2008 H H H H

2 Fuentes Energéticas En el presente se utilizan los combustibles fósiles para proveer el 97% de la energía que se consume en el mundo Petróleo 40%, Carbón 38%, Gas Natural 19% Otras fuentes 3%. Son fuentes no renovables que generan contaminación. Estimaciones establecen un agotamiento de reservas de petróleo a 45 años más, de gas natural en 65 y de carbón en 230. H H H H

3 ¿Qué es el hidrógeno? Gas altamente flamable, incoloro, inodoro, no metálico, univalente Elemento químico más simple y abundante en el universo En condiciones ambientales normales se presenta en forma de molécula H 2 (hidrógeno diatómico) Su isótopo más abundante está compuesto por un par protón-electrón (protio), además existe el deuterio y el tritio. Se presenta en estado de plasma (estrellas, planetas gigantes de gas) En medios interestelares existe en estado atómico neutral H ¿Qué otra característica importante tiene este elemento químico? H H H H

4 Propiedades físicas del hidrógeno Masa atómica g/mol Temperatura de solidificación14 K Temp. de ebullición20.3 K Temp. de autoinflamación en el aire858 K Temp. de la flama en el aire2318 K Energía de licuefacción14112 kJ/kg K Límites de inflamabilidad en aire4 a 75 (% vol) Límite de detonación en el aire13 a 65 (% vol) H H H H

5 Antecedentes del hidrógeno Inicio del siglo XVI: descripción y reformación artificial de un nuevo gas por Theophrastus Bombastus von Hohenheim (Paracelso), 1766: determinación por Henry Cavendish del gas de Paracelso como sustancia discreta a partir de reacciones metal-ácido, formando un gas flamable generador de agua al quemarse en un ambiente de aire. 1783: establecimiento del nombre del gas por Antoine Laurent Lavoisier a partir de las raíces griegas hydro: agua y genes: formador. H H H H

6 Regeneración de hidrógeno Disociación de átomos de hidrógeno a partir de moléculas y compuestos más complejos: agua, alcoholes, hidrocarburos, etc. Indispensable aplicar energía, en función de la manera de generación de la energía se establecen tres métodos de regeneración a partir de: 1. Combustibles fósiles 2. Combustibles nucleares 3. Fuentes alternas H H H H

7 Regeneración de hidrógeno Energía a partir de combustibles fósiles: Reformado de hidrógeno a partir de metano (SMR) proceso más utilizado a nivel mundial : Reacción de reformación: CH 4 + H 2 O = CO + 3H kJ/mol Reacción de desplazamiento: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 +41kJ/mol CH H 2 O = CO H kJ/mol El calor necesario es aplicado mediante combustión de metano. H H H H

8 Regeneración de hidrógeno H H H H Energía a partir de combustibles nucleares: El proceso consiste en sustituir la fuente de calor del proceso anterior mediante el producido a partir de las reacciones de fisión nuclear.

9 Energía a partir de biomasa: El proceso de gasificación también se puede realizar mediante otras técnicas: digestión anaeróbica proceso no térmico realizado en tanques de fermentación mediante acción de bacterias descomponiendo materia orgánica en CH 4 + CO 2 (biogas). Baja eficiencia de conversión. H H H H Regeneración de hidrógeno

10 H H H H Fermentación rompimiento de moléculas complejas de celulosa o almidón para formar sacarosa y su posterior fermentación hasta obtener etanol C 2 H 6 O. Conversión térmica oxidación parcial de la biomasa para obtener un gas de síntesis (CO + H 2 ), a partir del cual se construyen nuevas moléculas, tales como metanol, hidrocarburos ligeros formados mediante la síntesis de Fischer-Trops (hidrogenación) y dimetil éter (DME). Regeneración de hidrógeno

11 A partir de metanol entre los métodos catalíticos más viables para la producción de H 2 se tiene: Oxidación parcial con O 2 o aire CH 3 OH + 1/2 O 2 CO H 2 Reformación con vapor de agua CH 3 OH + H 2 O CO H 2 Descomposición CH 3 OH CO + 2 H 2 El primer proceso es el más practicado ya que es una reacción de tipo exotérmico, aunque la producción de H 2 es inferior en comparación con el segundo proceso que es de tipo endotérmico. H H H H Regeneración de hidrógeno

12 Electrólisis aplicando energía eléctrica entre dos electrodos sumergidos en agua se establece una corriente eléctrica que fluye del cátodo al ánodo disociando moléculas de H 2 O presentes en la trayectoria de la descarga eléctrica. A partir de fuerza hidráulica, eólica, undimotriz, mareomotriz, o transformación de la energía solar. H H H H Regeneración de hidrógeno

13 Combustión de biomasa para la cogeneración de energía eléctrica, que es un proceso indirecto en el cual se utiliza la energía térmica del proceso de combustión de la biomasa en una caldera para producir vapor, el cual, posteriormente activa un turbogenerador para generar energía eléctrica. H H H H Regeneración de hidrógeno

14 Cadena económica del hidrógeno combustibles fósiles fuentes alternas electrólisis almacenamiento hidrógeno celda de metano generadores de energía eléctrica generación biológica nuclear renovables reformación industrial combustible combustióneléctrico almacenamiento portátil celda de hidrógeno reformación combustible in situ almacenamiento combustible celda combustible portátil H H H H

15 Energía a partir de hidrógeno Generación de energía eléctrica (red de suministro, sistemas autónomos, respaldo de energía) Medios de transporte (combustible o precursor de energía) Sistemas de respaldo de energía eléctrica Sustitución de pilas, baterías mediante elementos portátiles H H H H

16 Energía a partir de hidrógeno El hidrógeno en forma líquida o formando un compuesto ha sido utilizado en sistemas de propulsión espacial desde finales de los años treinta. H H H H

17 Energía a partir de hidrógeno ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) Cadarache, Francia; costo a 10 años 10, M. En latín iter significa la vía, el camino Especificaciones 500MW durante 1000s en cámara de descarga de 840 m 3 con una mezcla de 0.5 gr deuterio/tritio H H H H 2 1 H+ 3 1 H 4 2 He+ 1 0 n+17.58MeV Published with permission of ITER

18 Energía a partir de hidrógeno ITER es el segundo proyecto internacional más costoso de la humanidad después de la Estación Espacial Internacional y significa el mayor reto planteado hasta nuestros días. H H H H Published with permission of ITER

19 Energía a partir de hidrógeno Tore Supra es el Tokamak con el mayor tiempo de funcionamiento constante de 390 s con 1000 MJ de energía aplicados en www-fusion-magnetique.cea.fr H H H H

20 Energía a partir de hidrógeno Tokamak Novillo desarrollado en 1983 en el ININ Especificaciones 25 kA de corriente máxima de plasma, 2.25 ms de duración con presiones de trabajo de 5X10 -5 a 4.5X10 -4 Torr Experiencia en sistemas de alto vacío, optimización de confinamiento de plasma, diagnóstico de plasmas, acondicionamiento de la cámara de descarga, estudios de espectroscopía, estudios de preionización de campos magnéticos espurios, sistemas electrónicos de descarga de alta potencia, instrumentación y control. H H H H

21 Costos del hidrógeno Producido mediante combustibles fósiles y almacenado en forma comprimida (costo US $2/kg), por electrólisis (US $6.50/kg) y almacenado en forma líquida (US $3.50/kg). 1kg de H 2 proporciona una energía equivalente a 3.78L de gasolina (US $1.12/L). A 5,000 psi 1kg de H 2 requiere un 1ft 3, equivalente al espacio ocupado por 28L de gasolina. En forma líquida ocupa 0.5ft 3, pero requiere mantenerse a –250° C. Aún el mejor tanque de almacenamiento permite evaporar hidrógeno a una razón del 3% diariamente. Academia Nacional de Ingeniería de EU H H H H

22 Riesgos y limitaciones del hidrógeno Como es un gas muy flamable y tiene una gran entalpía la flama que produce genera temperaturas elevadas y además es casi invisible. El hidrógeno es el combustible accesible más explosivo que existe en concentraciones de 13% al 64% en ambiente de aire. Reacciona violentamente con flúor, cloro y oxígeno. Los sistemas de generación, almacenamiento, distribución y consumo de hidrógeno deben contar con medidas de seguridad extraordinarias. No es posible una explotación masiva del hidrógeno como fuente energética debido a que actúa de manera indirecta como un gas de efecto invernadero. El costo del hidrógeno es equivalente a cuatro veces el costo de la gasolina para el mismo equivalente de energía. H H H H

23 Antecedentes de la celda de combustible 1838: Christian Friedrich Schönbein descubre el principio de la celda de combustible. 1839: Sir William Grove demostró un aparato para remplazar las baterías, inventando la batería de gas, hoy conocida como celda de combustible. 1959: Francis Thomas Bacon desarrolla de manera exitosa una celda de 5kW (AFC) que alimentaba una máquina para soldar. 1960: La NASA empieza el uso de celdas para generar energía eléctrica en sus naves espaciales y proveer agua a los astronautas (Gemini, Apollo).

24 La celda de combustible Convertidor electroquímico de energía que transforma energía química en energía eléctrica de manera directa. Es posible emplear hidrógeno contenido en otras moléculas de combustibles incluyendo diesel, metanol, gas natural e hidruros químicos, el residuo producido por este tipo de combustibles además de agua es dióxido de carbono, entre otros.

25 Construcción de celdas tipo PEM Es un desarrollo donde intervienen diversas disciplinas del conocimiento: ingeniería química, mecánica, eléctrica, materiales, química… Inconveniente: costo de Platino puro US $3800/100g a considerar el costo del Oro puro US $ 2084/100g (Oct. 21, 2006; New York Spot Price)

26 Tipos de celdas de combustible Existen diferentes tipos o clases de celdas de combustible entre las principales se pueden citar las siguientes: PEMFC (Proton Exchange Membrane FC) Membrana de intercambio de protones, AFC (Alkaline FC) Electrolito alcalino, DMFC (Direct Methanol FC) Metanol directo, PAFC (Phosphoric Acid FC) Acido fosfórico, MCFC (Molten Carbonate FC) Carbonato fundido, SOFC (Solid Oxide FC) Oxido sólido.

27 Principales características de las celdas PEMFCDMFCAFCPAFCMCFCSOFC Temp. operación °C80-100°C90-100°C °C °C Aplicación Sistemas portátiles, transporte Máquinas autoservicio transporte Espacial, militar, naval Generación energía, transporte Generación energía Ventajas Fácil manejo, rápido encendido Combustible sin reformar, sistemas pequeños Elevado desempeño, reacción catódica Hasta 85% eficiencia, soporta H 2 impuro Alta eficiencia, bajo costo catalizador Alta eficiencia, maneja más combustibles Desventajas Catalizador costoso, muy sensible Producción de CO 2, catalizador sensible Alto costo eliminar CO 2 combustible Catalizador costoso, baja potencia Alta temp. aumenta la corrosión, baja utilidad Alta temp. aumenta el desgaste de componentes Electrolito Polímero orgánico sólido NAFION NAFION Líquido NaOH, KOH (35- 50% peso) Líquido H 3 PO 4 ácido fosfórico concentrado Líquido carbonatos (Na, Li, K) Óxido de metal no poroso Y 2 O 3

28 Aplicación automotriz H H H H

29 Retos científicos y tecnológicos H H H H Creación de membranas inmunes o más resistentes a la presencia de CO 2 ; incremento de su durabilidad, más allá de 1,000h y reducción de su costo actual en un factor de 100. Desarrollo de sistemas de almacenamiento de hidrógeno seguros, minimizando riesgos de manejo y consumo del gas; con mayor capacidad de almacenamiento, reducción de volumen y costos. Implementación de sistemas de conversión eléctrica conmutados para aumentar la eficiencia, reducir la generación de armónicos e interferencia electromagnética. Construcción de convertidores no lineales y de sistemas resonantes para mejor aprovechamiento de la energía eléctrica. Desarrollo de sistemas electrónicos de control no lineales para acoplarse en procesos de la misma índole.

30 Habilidades requeridas H H H H Decisión Trabajo Saberse valorar Actitud crítica Innovación e inventiva Capacidad para asimilar y poner en práctica nuevas ideas Capacidad de trabajo en equipo y de afrontamiento de nuevos retos Dominio de más de un idioma Formación académica adecuada a las habilidades y gustos Facilidad para comunicarse y establecer relaciones humanas

31 Desarrollos innovadores H H H H To vacuum pump Anode electrode Grounded cathode electrode (vessel wall) High voltage electrode Main access

32 Desarrollos innovadores H H H H

33 (a) 2 l/min and 2mm (b) 3 l/min and 2mm, (c) 4 l/min and 2mm, (d) 2 l/min and 4mm, (e) 3 l/min and 4mm (f) 4 l/min and 4mm, (g) 2 l/min and 6mm, (h) 3 l/min and 6mm, (i) 4 l/min and 6mm Desarrollos innovadores H H H H

34 one commutation device HF & HV resonant operating condition reduced power loss if ZVS V Pulse Desarrollos innovadores H H H H

35 CTCTCTCT RLRL LRLR CRCR LfLf E LfLf LRLR CRCR RLRL E CTCT High output voltage Low resistance load High resistance load Low output voltage Reduced load range Extended load range Current amplifier Voltage amplifier Well known Innovation R L = 1Ω, 6Ω, 12Ω R L = 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ Desarrollos innovadores H H H H

36 H H H H

37 Por su atención GRACIAS H H H H Even the smallest person can change the course of the future J.R.R.Tolkien

38 H H H H 1.Electrical Model of an Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Cell por publicarse en IEEE Transactions on Plasma Science (2008). 2.Enhancement of wear and corrosion resistance of nitrogen implanted dental tools, Vacuum 82 (2008) Power Supply for Plasma Torches Based on a Class-E Amplifier Configuration, Plasma Processes and Polymers 5 (2008) V-I curves and plasma parameters in a high density DC glow discharge generated by a current-source, Journal of Physics: Conferences Series 100, (2008) Surface modification of stainless steel drills using plasma-immersion nitrogen ion implantation, Vacuum 81, 10 (2007) Modelling and Optimization of a Low-pressure DC Glow Discharge in Stable Regime, Surface and Coatings Technology 201, 9-11 (2007) An RF microplasma facility development for medical applications, Surface and Coatings Technology 201, 9-11 (2007)


Descargar ppt "Esta presentación tiene como propósito brindar un panorama acerca de la tecnología asociada al hidrógeno, que es un transportador de energía y al mismo."

Presentaciones similares


Anuncios Google