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Hidrógeno y fuentes renovables
de energía
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El problema energético
• Por primera vez en la historia, el hombre se enfrenta a un problema global que compromete a toda la humanidad.
• Actualmente la actividad humana impacta sensiblemente sobre la biosfera. (Ej. del 9/11)
• La vida en la Tierra se está extinguiendo.
• El precio de los combustibles fósiles no considera las externalidades.
• Las principales fuentes primarias de energía utilizadas por la humanidad en los últimos dos siglos son agotables, contaminantes y están concentradas en algunos países.
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XIX XX XXI
1ªERA
SOLAR
ERADEL
CARBÓN
ERADEL
PETRÓLEOGAS YFISIÓN
NUCLEAR
ERADE
TRAN-SI-
CIÓN
¿ERADE
FISIÓNNUCLEAR?
¿ERADE
FUSIÓNNUCLEAR?
¿2ªERA
SOLAR?
+H2
Evolución de las fuentes primarias de energía
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La cadena del Hidrógeno
Fuente renovable de energía Energía eléctrica Red
eléctrica
Motores de combustión internaGNC + H CalefacciónAplicaciones industrialesCeldas de combustible
1ª
Transformación
Hidrógeno
2ªTransformación
Almacenamiento Usolocal
Transporte
Compresión Licuación
Hidruración
Almacenamientoen destino final
3ª
Transformación
Producto final: H2O
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Solar power plant in the Mojave Desert (California)
1ª Transformación
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1ª Transformación
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Ocupando 10000 km2 en una provincia de 225000 km2, se puede obtener la misma potencia que se encuentra instalada en todo el país.
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Electrolizadores de baja presión
LURGI
2ª Transformación
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Celdade combustible de
Hidrógeno
3ª Transformación
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NECAR 4(1999)
Daimler ChryslerEquipado con
celdas decombustible a
hidrógeno
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Ómnibus equipado con
celdas decombustible a
hidrógeno(1995)
275 HPautonomía
400 Km
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Celdas de hidrógeno y motor eléctrico de 275 HP
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Omnibus de Daimler Chryslercon celdas de hidrógeno y tanques de
hidrógeno comprimido en el techo. Circula actualmente en varias ciudades de Europa.
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IRISBUS, ómnibus de IVECOCircula actualmente en Milán
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IRISBUS en Madrid
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Honda FCX Clarity
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Honda FCX Clarity
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Honda FCX Clarity
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Vehículos con motoresde combustión
interna a Hidrógeno
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Avión a Hidrógeno de Boeing
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Avión a Hidrógeno de Airbus
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Cryoplane, avión a Hidrógeno de Airbus
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¿Los Argentinos seremos
USUARIOS ODESARROLLADORES
de las tecnologías del Hidrógeno?
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Diseño y construcción de un Aerogenerador
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Celda combustible tipo PEM
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Ensayos de electrólisis a alta presión
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Recipiente del electrolizador prototipo de 700 bar
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Paquete electrolizador
Tapa del recipiente de presión
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Electrolizador de 700 bar, 1ª evolución
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vmVn
2
=ξ
Desarrollo de contenedor seguro para almacenamiento de
hidrógeno a 700 bar
Curvas de eficiencia de almacenamiento en funciónde la presión. Tanque convencional de acero
Sistema tubular en aluminio:6063 6061 2014 7075
Vn: Volumen normal del gas contenidom: Masa del recipientev: Volumen del recipiente
Eficiencia de almacenamiento
0 200 400 600 800 10000
50
100
150
200
250
e( )P
l6063( )P
l6061( )P
l2014( )P
l7075( )P
P
[ ] ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ξ
kgm3
[ ]barp
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Contenedor prototipo para
almacenar hidrógeno a
700 bar
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Esquema del electrolizador de 30 bar y 1m3/h destinado a la Base Esperanza de la Antártida Argentina.
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Electrolizador de 30 bar y 1m3/h
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Paquete electrolizador
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Electrolizador de 30 bar y 1m3/h
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Horno y cocina a Hidrógeno
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Celda de combustible a Hidrógeno
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Motor convertido a Hidrógeno
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Base Esperanza; Antártida Argentina
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Ensayos de una turbina a Hidrógeno
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GNC + H
Ensayos de motores en frenodinamométrico, con mezclas de distintas proporcionesde GNC e H.
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Electrolizador de 200 bar y 4 m3/h
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Electrolizador de 200 bar y 4 m3/h
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Paquete electrolizador
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Trabajo de compresión
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,4
0 100 200 300 400 500 600 700
Vo/Vf
Wc
[kW
.h/m
3 ]
Gráfico de la energía de compresión Wc, en función de la relación de compresión, Vo/Vf, (Vo es el volumen en CNPT). Para presiones iniciales de: 30 bar ; 10 bar ; 0 bar.Eficiencia adiabática del compresor: 55 %No se considera la energía de compresión del Oxígeno.
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Planta Experimental de Hidrógeno
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Planta Experimental de Hidrógeno
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Planta Experimental de Hidrógeno
Pico Truncado
Santa Cruz, Argentina
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Infraestructuralocal
Aerogenerador
Posibles emprendimientos con energías renovables e Hidrógeno
Red eléctrica
Bonos deCarbono
Almacenamientode O2 a 200 bar
O2 usoindustrial
Gestión dela energía
Estación de GNC + H
ElectrolizadorH2 y O2 a 200 bar
Compresorde GNC
Almacenamientode H2 a 200 bar
GNC + HUso vehicular
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Posibles emprendimientos con energías renovables e HidrógenoSustitución de hidrocarburos en pequeñas industrias
Parque eólico Red eléctrica
Bonos deCarbono
Almacenamientode O2 a 200 bar
O2 usoindustrial
Gestión dela energía
ElectrolizadoresH2 y O2 a 200 bar
Almacenamientode H2 a 200 bar
Sustitución ocomplementode GLP, GN,o Gasoil en:•calderas•hornos•turbinasTransporte a industrias
próximas al parque eólico
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Cálculo, diseño y construcción de una
bomba de inyección de agua, para reactores electrolíticos a alta
presión
Caudal: 15 l/hsPresión: 400 bar
Tesis realizada por:Florian Sutter
Estudiante de Ing. Mec. Universidad de Karlsruhe
ITBA Octubre 2006 – Octubre 2007
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Cálculo, diseño y construcción de una
bomba de inyección de agua, para reactores electrolíticos a alta
presión
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Cálculo, diseño y construcción de una
batería de intercambiadores de calor,
para el reactor electrolítico de 200 bar y
4 m3/h
Tesis realizada por:Vincent Laval
Estudiante de Ing. Mec. INSA Toulouse
ITBA Agosto 2007 – Noviembre 2007
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Cálculo del tanque de presión y diseño de
conjunto, de un reactor electrolítico para
laboratorio, de 200 bar
Tesis en desarrollo por:Aurely Seine
Estudiante de Ing. Mec. INSA Toulouse
ITBA Agosto 2008 – Noviembre 2008
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Línea de trabajo para el desarrollo de las tecnologías del Hidrógeno en el ITBA
Producción de Hidrógeno por electrólisis a alta presión (∼700 bar), sin utilizar compresores.
Almacenamiento de Hidrógeno y Oxígeno a alta presión (∼700 bar), en contenedores seguros y prácticos.
Aplicación del Hidrógeno y del Oxígeno en motores de combustión interna con inyección directa en la cámara de combustión.
Inyector
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Publicaciones
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Publicaciones Proceedings of Hyfusen 2007Junio 2007, Posadas, Argentina
REACTORES ELECTROLÍTICOS PARA PRODUCCIÓN DEHIDRÓGENO Y OXÍGENO A ALTA PRESIÓN
Lic. Juan Ricardo LaurettaInstituto Tecnológico de Buenos Aires, Av. E. Madero 399, (1106) Buenos Aires, Argentina.
Proceedings of Hyfusen 2005Junio 2005, Bariloche, Argentina
PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO A ALTA PRESIÓN
Lic. Juan Ricardo LaurettaInstituto Tecnológico de Buenos Aires, Av. E. Madero 399, (1106) Buenos Aires, Argentina.
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CapacitaciónIng. Pedro OrbaizMaestría
“Motores de combustión interna alimentados a Hidrógeno”2009-2010, Universidad de Melbourn
Ing. Martín Paura BersánDoctorado en Ingeniería
“Motores de combustión interna con inyeccióndirecta de Hidrógeno en la cámara de combustión”
2009-2011, ITBA
Ing. Federico RaffoDoctorado en Ingeniería
“Motores de combustión interna alimentadospor mezcla de GNC + Hidrógeno”
En curso, ITBA
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Gracias por vuestra atención