www.ariema.com

Produccin de hidrgeno por electrolisis de agua. Utilizacin de energas

renovables.

Produccin de hidrgeno por electrolisis de agua. Utilizacin de energas

renovables.Rafael Luque Berruezo

www.ariema.com

Ariema. Empresa independiente espaola n 1en hidrgeno y pilas de combustible

Ariema. Empresa independiente espaola n 1en hidrgeno y pilas de combustible

La ventana hacia una visin diferente de la energa

www.ariema.com

INTA- Huelva, 1990. Produccin de H2 Solar. 2002: nace ARIEMA como Spin Off tecnolgica del

INTA 2006: nace ARIEMA Enerxa S.L., con Sede en

Santiago de Compostela 2009: Participacin en H2Nitidor

ARIEMA

Departamentos: I+D (propia y subcontratada) Consultora. H2&FC, energa Gestin Tcnica (Plataformas Tecnolgicas,

Asociaciones, formacin, difusin) Pesca y Acuicultura. Equipos e Instalaciones (Pilas de combustible,

compresores de hidrgeno, llave en mano)

www.ariema.com

Depto. de I+D20 aos de experiencia. Desde 1990 en proyectos INTA: CITYCELL. Proyecto europeo de desarrollo del autobs de

hidrgeno IRISBUS para Madrid. FIRST. Proyecto europeo de energa solar con hidrgeno y

pilas de combustible para telecomunicaciones FCTESTNET. Proyecto europeo para establecer una Red

Europea de estandarizacin y ensayos de pilas de combustible

FEBUSS. Proyecto europeo de desarrollo de pilas de combustible para autobuses, tranvas y aplicaciones estacionarias

EIHP. Proyecto europeo para la normalizacin de vehculos de hidrgeno

Otros proyectos INTA: Produccin, purificacin y almacenamiento de hidrgeno. Pilas de combustible alcalinas, de cido fosfrico y PEM. Integracin. Aplicaciones espaciales. Aplicaciones a submarinos

www.ariema.com

Depto. de I+DDesde 2002, como ARIEMA:

Como subcontratados y proveedores: HYRREG (Hydrogen Interreg) Proyecto europeo. ARIEMA participa

subcontratada por la Junta de Comunidades de Castilla La Mancha. Res2H2 (Renewable to Hydrogen). Proyecto europeo. ARIEMA particip

como proveedor de llave en mano del Instituto Tecnolgico de Canarias. PSE Minielica. ARIEMA participa subcontratada por el Centro Tecnolgico

de la Pesca de Celeiro (Lugo) en la produccin de hidrgeno elico. PSE SINTER. Proveedores de sistema de electrolisis y compresor. ITHER (Aragn) proveedores de pila de combustible. HYDROSOLAR 21 (Burgos) proveedores de pila de combustible.

Como socios: PSE Peixe Verde (mejoras energticas en barcos de pesca) CENIT SPHERA (uso de H2 en barcos) APACHE. Embarcacin de limpieza de puertos propulsada con pila de

combustible de hidrgeno PROFIT PILAGAS. Uso de pila MCFC con hidrgeno procedente de carbn.

Socios: Elcogas, Ariema, Navantia e IDAE.

www.ariema.com

www.ariema.com

Peixe Verde: Lanchas a GLP Lanchas a GLP.

Colaboran: Xunta, CETPEC, Repsol

y ARIEMA

www.ariema.com

Proyecto CENIT SPHERA

El mayor proyecto espaol de hidrgeno Financiado por Min. Industria va CDTI. Socios: Gas Natural, Acciona, ARIEMA, REPSOL-

YPF Presupuesto: 30 M, subvencin 15 M ARIEMA:

Preparacin I+D propia: uso de H2&FC en barcos. I+D subcontratada para 2 socios

www.ariema.com

APACHE

Financiado por Xunta de Galiciapropulsin con motor elctrico, pila

PEM de 400 W, almacenamiento en hidruros metlicos.

www.ariema.com

PSE Minielica

Liderado por CIEMAT

ARIEMA realiza: Una instalacin de produccin de hidrgeno por

electrolisis, con convertidor y sistema de control. Un sistema de almacenamiento en hidruros

metlicos

www.ariema.com

Depto. Consultora:Algunos CLIENTES:

Acciona Boeing Ferrovial Agroman Gamesa Repsol-YPF Centro Nacional del Hidrgeno (Puertollano) INTERES (Min. de Industria) Junta de C. de Castilla-La Mancha

www.ariema.com

RES2H2: Integracin de renovables e hidrgeno

Cliente: Instituto Tecnolgico de Canarias (ITC)Financia: 6 PM UE6 pilasPotencia total: 30 kW

www.ariema.com

RES2H2

Instalacin y puesta en marcha entre junio y octubre

de 2007

www.ariema.com

En el ltimo ao, ARIEMA ha realizado en Espaa 5 instalaciones de produccin de hidrgeno por electrolisis.

Ejemplo: electrolizador 5kW + depsito + compresor 200 bar, para Centro Nacional del Hidrgeno.

La limitacin para los coches a hidrgeno est en la disponibilidad de ste combustible

www.ariema.com

Un coche de hidrgeno, con pila de combustible, es un coche elctrico que produce la electricidad a bordo, logrando:

Ms autonoma (aprox. 2 o 3 veces+)Mnimo tiempo de recarga (minutos,

no horas)

www.ariema.com

Hidrgeno en el transporte

Hay ms de 200 cochesMs de 50 autobuses40 bicis y motos30 vehculos de uso industrial4 trenes18 barcos16 aviones

www.ariema.com

Estaciones de servicio de HidrgenoUna buena opcin: electrolisis

www.ariema.com

www.ariema.com

Hidrgeno electroltico

Inconvenientes: Precio muy dependiente de coste de

electricidad Apenas hay mercado: Equipos an costosos

y mejorables por produccin artesanalVentajas:

Alta pureza (muy bueno para pilas de comb.) Produccin fcil in situ Operacin posible en rgimen variable

(bueno para renovables)

www.ariema.com

La experiencia en Espaa

Planta de produccin de Hidrgeno con energa solar. INTA. Huelva, 1990

www.ariema.com

se parte de una solucin acuosa de NaOH o de KOH, para que haya una alta conductividad inica

ctodo: 2 H2O + 2 e- -- 2 OH- + H2 nodo: 2 OH- -- H2O + 1/2 O2 + 2 e-global: H2O -- H2 + 1/2 O2

www.ariema.com

Ms rendimiento electrodos ms cerca

Celdas Nitidor

www.ariema.com

Componentes celda Nitidor

www.ariema.com

Ms voltaje celdas en serie

www.ariema.com

Electrolizador Hydrogenics de 4 stacks

www.ariema.com

Norsk Hydro Electrolysers Atmospheric Electrolysers

For the conventional industrial markets whichrequire higher volumes of hydrogen theAtmospheric Electrolyser is normally used wherethe low energy consumption offers considerable operation savings.

High Pressure ElectrolysersFor applications requiring smaller volumes ofhydrogen production, the High PressureElectrolyser (HPE) is offered which supplies thehydrogen gas at 15 bar(g) direct from theelectrolyser thus alleviating the requirement ofcompressors.

Hydrogen Filling StationsNorsk Hydro Electrolysers offer hydrogen fillingstations based on hydrogen production fromeither electrolysers or alternative methods suchas reforming. These are complete solutions whichcover the initial hydrogen production through tothe vehicle filling dispensing unit.

www.ariema.com

Equipo comercial alcalino H2NITIDOR

www.ariema.com

Equipo comercial alcalino H2NITIDOR

www.ariema.com

Equipo comercial alcalino H2NITIDOR

www.ariema.com

Equipo comercial alcalino H2NITIDOR

www.ariema.com

G = 56,7 kcal/mol a 25CG = n*F*E=2*96485*EE = 1,23 V a 25CEn la prctica se trabaja a 1,8-2,2 V/celda

para vencer principalmente las prdidas de energa elctrica correspondientes a la cada hmica en el electrolito y en los electrodos.

www.ariema.com

Una celda con eficiencia igual a 1 requerira 3,245 Kwh de energa para producir 1 Nm3 de hidrgeno.

Los electrolizadores industriales trabajan entre 4.2 y 5 Kwh por Nm3 de hidrgeno producido.

www.ariema.com

Los sobrevoltajes dependen fundamentalmente de la intensidad de corriente y de la temperatura, de la siguiente manera:

al aumentar la intensidad de corriente aumenta el sobrevoltaje

al aumentar la temperatura disminuye el sobrevoltaje

www.ariema.com

Electrolizadores alcalinos. Electrolito

Solucin acuosa de KOH o NaOH. Con KOH, a igual concentracin, la conductividad es

mayor. es usual emplear del 25 al 30 de KOH (del 15 al 20% de

NaOH). Deseable alta pureza del agua, debiendo eliminarse

cloruros y los sulfatos, sobre todo cuando se utiliza Ni. Las especificaciones usuales de equipos comerciales son que el agua tenga una conductividad elctrica inferior a unos 1-5 microSiemens / cm

www.ariema.com

Efecto de la temperatura

cuanto mayor es la temperatura, mayor es la conductividad del electrolito, menores los sobrepotenciales de nodo y ctodo, y mayor la eficiencia energtica

cuanto mayor es la temperatura, ms rpidamente se degradarn los materiales del electrolizador, o bien se tendrn que emplear materiales ms caros

el rango usual de temperaturas de operacin es de 70 a 80oC para el KOH y de 50 a 70oC para el NaOH.

www.ariema.com

Electrodos

Los electrodos utilizados pueden ser de hierro para el ctodo y de acero aleado con nquel para el nodo.

Se han logrado importantes avances en cuanto a electrocatlisis.

La composicin qumica y la geometra de los electrodos (trabajando con mayores densidades de corriente y menores superficies de electrodo) mejora sustancialmente el rendimiento global de un electrolizador.

www.ariema.com

www.ariema.com

Electrolizadores PEM

Sus mayores ventajas son la seguridad (ausencia de electrolito KOH), el diseo compacto, las elevadas densidades de corriente y presiones de operacin (hasta varios cientos de bares). La principal desventaja es la vida til de la membrana.

Los actuales electrolizadores PEM no son tan maduros como los electrolizadores alcalinos. Se espera que sus caractersticas mejoren (coste, capacidad, eficiencia y vida til)

Aplicaciones: menos de 2 kW.

www.ariema.com

Equipos comerciales

H2 NITIDOR (Tecnologa Casale Chemicals) Hydrogenics ErreDue GHW Giovanola Freres Hydrogen Systems Linde Norks Hydro PIEL Proton Energy Systems Teledyne Energy Systems

www.ariema.com

Electrolizadores avanzados Existen nuevas tecnologas de electrolizadores en desarrollo,

que apuntan bien a aumentar la temperatura del proceso, o bien a aumentar la presin de salida del hidrgeno.

Los electrolizadores a alta presin ahorran energa para el proceso de compresin que usualmente es necesario despus para almacenar el hidrgeno.

www.ariema.com

Datos reales de un equipo comercial

Metkon alcalino de INTA Huelva

5 kW1,2 Nm3 H250 V (tecnologa Casale, 20

aos en uso)

www.ariema.com

www.ariema.com

Utilizacin de energasolar y elica

www.ariema.com

Planta INTA - Huelva

www.ariema.com

solar fotovoltaica

www.ariema.com

www.ariema.com

Curva i-v electrolizador

www.ariema.com

Acoplamiento PV electrolizador directo

Condiciones de operacin: en el punto de interseccin de sus curvas i-v, (que debe estar cerca del pto. de mxima potencia del campo PV)

Riesgo de transitorios rpidos: necesario un sistema de control rpido, que pueda detener la produccin e incluso accionar una purga de gas inerte si es necesario

www.ariema.com

con buffer de bateraspermite alimentar al electrolizador en

condiciones casi estacionarias y en las condiciones ptimas de intensidad y

voltaje las bateras convencionales se adaptan bien a

los transitorios inconveniente: mayor coste de inversin, y las

prdidas que se producen en las bateras.

www.ariema.com

Acoplamiento con seguimiento del punto de mxima potencia

con regulador DC/DC con relacin de transformacin variable: permite operar en las condiciones ptimas de voltaje e intensidad, es decir, en la Curva de Mxima Potencia del campo fotovoltaico.

MPPT: Maximum Power Point Trackerestos equipos tambin tienen unas prdidas,

que son similares a las de un acoplamiento directo bien diseado

www.ariema.com

con variacin en el nmero de celdas un sistema de control vara el nmero de celdas del

electrolizador en operacin, en funcin de la potencia que entrega el campo de paneles (y por tanto en funcin de la radiacin solar incidente).

El efecto es variar la curva i-v del electrolizador, para aproximarse a la de mxima potencia del campo PV

Problema: los transitorios que provoca en las celdas que pueden ser conectadas o desconectadas segn la radiacin

www.ariema.com

Electrolisis elicaAplicaciones:

La Red elctrica est saturada Problemas de evacuacin Optimizacin de tarifa Otros

Mucho inters en empresas

Retos: acoplamiento de aerogenerador y electrolizador, almacenamiento, equipos de MW

www.ariema.com

www.ariema.com

www.ariema.com

www.ariema.com

www.ariema.com

Proyecto RES2H2

www.ariema.com

Isla de Utsira (Noruega)

PPiillaa

Pila PEM de 10 kW

Motor de combustin de

55 kW

www.ariema.com

Isla de Utsira (Noruega)

240Tiempo de llenado del tanque (h)

2400Volumen tanques almacenamiento (Nm3)

200Presin almacenamiento H2 (bar)48Potencia electrolizador (kW)15Presin salida H2 (bar)10Capacidad (Nm3/h)4,1Consumo de energa (kWh/Nm3)

Norsk HydroFabricante electrolizador

www.ariema.com

Sotavento (Galicia)

www.ariema.com

Sotavento. Disposicin equipos

www.ariema.com

CIDETEC / Escuela de Usurbil (San Sebastin) Produccin solar de H2: electrolizador y

convertidor, con control integrado.

www.ariema.com

Tiene futuro el hidrgeno?

www.ariema.com

www.ariema.com

Nos veremos

rafael.luque@ariema.com