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