Miguel A. Laborde Miguel A. Laborde

Laboratorio de Procesos Catalíticos. Facultad de Ingeniería (UBA) Buenos Aires, Argentina.

HIDROGENO. HIDROGENO. Presente y futuro. Presente y futuro.

Oportunidades en I+DOportunidades en I+D

Ciclo de seminarios de la Gerencia de Investigaciones y Aplicaciones CNEA

28 de agosto de 2013

Que vamos a verQue vamos a ver

Presentación breve del LPCPresentación breve del LPC Que hacemos en el LPC en Hidrógeno + PAE Que hacemos en el LPC en Hidrógeno + PAE Hidrógeno como combustible y como materia Hidrógeno como combustible y como materia

primaprima Oportunidades en I + D.Oportunidades en I + D. Situación actual del Hidrógeno en Argentina –Situación actual del Hidrógeno en Argentina –

Ley de Hidrógeno.Ley de Hidrógeno.

Laboratorio de Procesos CatalíticosDepartamento de Ingeniería Química

Facultad de Ingeniería - Universidad de Buenos Aires

Pabellón de Industrias. Ciudad Universitariamiguel@di.fcen.uba.ar

Sintesis, caracterizacion y Sintesis, caracterizacion y evaluacion de catalizadores.evaluacion de catalizadores.

Cinetica catalitica.Cinetica catalitica. Diseño y optimizacion de Diseño y optimizacion de catalizadores.catalizadores. •Desarrollo de procesos.

•Quimica Computacional.

Produccion y purificacion Produccion y purificacion de hidrogeno a partir de de hidrogeno a partir de biomasa (etanol, glicerol, biomasa (etanol, glicerol, algas)algas)

Planta piloto de produccion de hidrogeno a partir de alcoholes + una celda de combustible PEM de 2,5

kW.

INVESTIGADORES SENIORDra. Norma AMADEO (*)Ing. Graciela BARONETTI (*)Dra. Beatriz IRIGOYENDr. Miguel LABORDE (*)Dr. Fernando MARIÑO (*)INVESTIGADORES JUNIORDr. Pablo GIUNTA (*)Dr. Federico NORES PONDAL (*)Dra.Maria Laura DIEUZEIDE (*)TECNICOTco. Roberto TEJEDA (*)

DoctorandosIng. Cecilia GraschinskyIng. Eduardo Poggio (*)Ing.Adriana RomeroIng.Ignacio IglesiasIng. Delfina García Pintos

Estudiantes de Ing. Química

Dr. Matías Jobbagy (INQUIMAE)

Florencia ALIAGAMatías CATUEÑOSimón GUADAGNINIYanina NAHUNAbigail ROZENBLITNicolás ZITTANicolás FORTUNATO

EMPRESAS EXTRANJERAS

ABENGOA ESPAÑACOOPERSUCAR BRASIL

EMPRESAS NACIONALES

YPF ENARSA COOPERACION INTERNACIONAL

INSTITUTO NICOLA GIORDANO MESSINAUNIVERSIDAD DE MALAGAUNIVERSIDAD DE POITIERSUNIVERSIDAD DE LIMERICKUNIVERSIDAD DEL PAIS VASCOINTI RIO DE JANEIROUNIVERSIDAD FEDERAL DE RIO DE JANEIROUNIVERSIDAD CENTRAL DE LAS VILLASASTON UNIVERSITY BIRMINGHAMINSTITUTO CERTH GRECIA

DIBANET (Development of Integrated Biomass Approaches Network) FP7 Desarrollo de catalizadores para la producción de biocombustibles diesel miscibles (DBMS) a partir de residuos de Europa y America Latina.Danimarca, Grecia, Ungheria, Irlanda, Reino Unito, Brasil, Argentina e Cile

Que hacemos en el LPC Que hacemos en el LPC en Hidrógeno + PAE en Hidrógeno + PAE

PROYECTO DE AREA ESTRATEGICA PROYECTO DE AREA ESTRATEGICA PAEPAE

HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE

(CUATRO AÑOS) Inicio: octubre 2008-febrero 2009Inicio: octubre 2008-febrero 2009

AGENCIA NACIONAL DE PROMOCION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA

Página web: Página web: redargentinah2.com.arredargentinah2.com.ar

HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTTRANSPORTE (CUATRO AÑOS)

INSTITUCIONESINSTITUCIONES

CONICETCONICET

CNEACNEA

UBAUBA

GRUPOS DE I+D+IGRUPOS DE I+D+I

CAB (CNEA)CAB (CNEA)

CAC (CNEA)CAC (CNEA)

CINDECA (CONICET-UNLP)CINDECA (CONICET-UNLP)

CITEFACITEFA

INCAPE (CONICET-UNL)INCAPE (CONICET-UNL)

INGAR (CONICET-UTN)INGAR (CONICET-UTN)

INIFTA (CONICET-UNLP) INIFTA (CONICET-UNLP)

INTEQUI (CONICET-UNSL)INTEQUI (CONICET-UNSL)

LPC (FIUBA)LPC (FIUBA)

PLAPIQUI (CONICET-UNS)PLAPIQUI (CONICET-UNS)

EMPRESASEMPRESAS

ENARSAENARSA

EDENOREDENOR

CONUARCONUAR

OTORGADO

PME: 3.700.000 $

PID: 3.000.000 $

PICT: 3.000.000 $

PRH: 3.000.000 $

PRAMIN: 600.000 $

+ 120 PERSONAS, + 120 PERSONAS, ENTRE ENTRE INVESTIGADORES INVESTIGADORES Y BECARIOSY BECARIOS

10 PICT 10 PICT + 2 PID+ 2 PID

H2

Celda decombustible

H2O

Reformador Purificador H2

Almacenamiento

O2

H2

H2Combustible

Subproyecto 2

Subproyecto 4

Subproyecto 3Subproyecto 1

ESTRUCTURA TEMATICA

SANTA FE

BUENOS AIRES

LA PLATA

BAHIA BLANCA

SAN LUIS

BARILOCHE

Planta escala banco para producir electricidad a Planta escala banco para producir electricidad a partir de bioetanol (1 y 5 kW) (LPC + INGAR)partir de bioetanol (1 y 5 kW) (LPC + INGAR)

Synthesis Gas MCFC & SOFC PAFC

Ammonia

Methanol

2O or Air

PROX

CO < 10 ppm

Heat Supply

2HCO

2

2

4

COH OCH

Reformer Unit2 5

2

C H OHH O

PEFC

WGS ShiftCO < 2 %

PEM (Polymeric membrane FC) Mobile and stationary applications.Portable applications

SOFC (Solid oxide fuel cell)MCFC (Molten carbonate fuel cells) Stationary applications.

PAFC (Phosphoric acid fuel cell)Stationary applications.

Heat Supply

2

2

4

COH OCH

Reformador2 5

2

C H OHH O

Catalizador:

Metales: Ni, Co, Rh, Ru

Soportes: Al2O3, SiO2, La2O3, MgO

Ni/Al2O3; Ni/Mg/Al2O3

WGS Shift

CO2

H2O

CH4

H2

CO 10%

CO2

H2O

CH4

H2

CO 1%

Catalizador:

Comercial Cu/Zn/Ba/Al2O3

Cu/Ni/CeO2

PROXCO 1% CO

< 20 ppm

Catalizador:

Metales: Pt, Pd, Rh, Ru, Cu, Ni, Co

Soportes: Al2O3, CeO2, La2O3, SiO2

Cu/CeO2 /Al2O3

550-750º C

200-250º C

180-250º C

H2

CO

Planta escala bancoPlanta escala banco

Montar una planta piloto, a presión atmosférica, que produzca

H2 a partir de etanol, desarrollando la ingeniería del proceso

para utilizarlo en Celdas de Combustible tipo PEM de 1 kW de

potencia.

Corroborar los resultados experimentales a escala laboratorio,

evaluar la estabilidad de los catalizadores preparados en el LPC

y validar los modelos de reactores desarrollados por el INGAR.

Lograr los conocimientos tecnológicos necesarios para poder

patentar los catalizadores preparados, los reactores

desarrollados y la tecnología de producción de hidrógeno a partir

de bioetanol.

Montar un prototipo de 5 kW

CatalizadorCatalizador Ni/MgAl2O4

REFORMADOR

T = 650ºC; FvL = 11,9 ml/min; mcat= 15gT = 650ºC; FvL = 11,9 ml/min; mcat= 15g

REFORMADOR Y WGS

Efecto de la temperatura en el rendimiento de H2 Relación agua/etanol= 6.5; F0

v=11.9 ml/min (mezcla líquida); mcat=15g

El reformador y WGSR operaron en serie durante 400hs El reformador y WGSR operaron en serie durante 400hs de manera continua, mostrando una buena estabilidad del de manera continua, mostrando una buena estabilidad del catalizador de Ni empleado en el reformador.catalizador de Ni empleado en el reformador.

Estabilidad del catalizadorEstabilidad del catalizador

Parámetro de corte:Parámetro de corte:

Presión medida a la entrada del reactor.Presión medida a la entrada del reactor.

Presión de corte = 2,5 kgf/cmPresión de corte = 2,5 kgf/cm22

MUESTRA USADA DE CATALIZADOR DE NIQUEL MUESTRA USADA DE CATALIZADOR DE NIQUEL EN PLANTA PILOTOEN PLANTA PILOTO

Equipo: TEM TEM ITA, CNR, Mesina, Italia

COPROX

Se realizaron pruebas con el reactor de COPrOx alimentando una mezcla Se realizaron pruebas con el reactor de COPrOx alimentando una mezcla representativa de la salida del reactor de WGS. Se detectó una máxima representativa de la salida del reactor de WGS. Se detectó una máxima conversión de CO para una temperatura promedio de 164ºC.conversión de CO para una temperatura promedio de 164ºC.

Efecto de la temperatura en la conversión de CO y HEfecto de la temperatura en la conversión de CO y H22

FF00v v =0,23 Nm=0,23 Nm33/h (mezcla gaseosa); %H/h (mezcla gaseosa); %H22=65,2, %CO=2,6, %CH=65,2, %CO=2,6, %CH44=2,6, =2,6,

%CO%CO22=16,5, %O=16,5, %O22=2,7, %N=2,7, %N22=10,4; =10,4; mmcatcat=20g; =20g;

Conversión completa de CO Conversión completa de CO con selectividad superior al con selectividad superior al 75%. Muy buena estabilidad75%. Muy buena estabilidad

CuO/CeOCuO/CeO22 mala adhesión mala adhesión => necesidad de soportar => necesidad de soportar en alúmina para trabajar en alúmina para trabajar en escala pilotoen escala piloto

Dp [µm] = 297-500Dp [µm] = 297-500

Catalizador no soportado Catalizador no soportado – CuO/CeO– CuO/CeO22

COPROX. CATALIZADORES

M. Moreno, Tesis doctoral, FIUBA, 2011

CO + ½ O2 CO2CO + ½ O2 CO2H2 + ½ O2 H2H2 + ½ O2 H2

Catalizador Soportado – CuO/CeO2/Al2O3

Dp [mm] = 3Dp [mm] = 3

Se vuelven a obtener elevadas Se vuelven a obtener elevadas conversiones de CO con conversiones de CO con buenas selectividades buenas selectividades características del sistema características del sistema Cu/CeCu/Ce

H. Semeniuk,Tesis de grado FIUBA, 2011

Mejora del catalizador Soportado – Distribución tipo egg-shelll

Se mejora aún más la Se mejora aún más la selectividad hacia la selectividad hacia la oxidación de COoxidación de CO

egg-shelll

I. Iglesias, Tesis de grado FIUBA, 2013

Fuel Cell System (FCS) includes:Fuel Cell System (FCS) includes:-Reformer and purification reactors (WGS + COPROX)-Reformer and purification reactors (WGS + COPROX)-PEM fuel-cell-PEM fuel-cellEquipments related to heat transfer and handle of water and airEquipments related to heat transfer and handle of water and air-Pumps, blowers-Pumps, blowers

Energy Integration of the Reforming Energy Integration of the Reforming Process of Ethanol with PEM Fuel CellProcess of Ethanol with PEM Fuel Cell

WGS I WGS II CO-Prox

CompressorIICompressorI

Expander

SR

Burner

PEM

Cath

ode

Ano

de

Air

CondensationSeparator

Ethanol

Water

Vaporizer WGS I WGS II CO-Prox

CompressorIICompressorI

Expander

NET EFFICIENCY OF THE INTEGRATED SYSTEM (η)

( )elecFC add

fuel fuel fuel

PLHV f f

η =+

3.0

3.5

4.0

4.55.0

5.56.0

6.5

550600

650700

750800

850900

0.225

0.250

0.275

0.300

0.325

0.350

0.375

0.400

R e fo rm ing T em p era tu re

Ne

t Ef fi

c ie

ncy

(L

HV

)

Wa t

er/E

than

o l M

o la r

Ra t

io

Low Heat Power

Ethanol as raw material

Ethanol as fuel

Net electrical power of the system

Optimal Reforming ConditionsTemperature: 704 °CWater/Ethanol Molar Ratio: 4Net Efficiency: 0.383Fuel Processor Efficiency: 1.094

PEMFC Cell T: 80°CFuel Utilization : 80%Oxidant Utilization: 50%Oxidant: Air (80% wet )

System Pressure: 3 atm

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5550

600

650

700

750

800

850

900

Additional Firing Zone

Net Efficiency (LHV)

Water/Ethanol Molar Ratio

Ref

orm

ing

Tem

pera

ture

[C]

0.14200.17210.20230.23240.26250.32280.35290.36790.37550.37920.38110.38210.3830

Self-sufficient Zone

The Self-sufficient limit

Catalys

t is t

he key

PROXIMA ETAPAPROXIMA ETAPA

PROTOTIPO DE 5 KW CON QUEMADORES DE ALCOHOLPROTOTIPO DE 5 KW CON QUEMADORES DE ALCOHOL

PID CON ENARSAPID CON ENARSA

INGAR – LPC – HYTRON (CAMPINAS)INGAR – LPC – HYTRON (CAMPINAS)

MONTO: 1.400.000$ (¿?)MONTO: 1.400.000$ (¿?)

Hidrógeno como materia primaHidrógeno como materia prima

Hidrógeno como materia prima de Hidrógeno como materia prima de productos químicosproductos químicos

Síntesis de amoníaco

RefineríasIndustria alimenticia

Obtención de peróxido de hidrógenoIndustrias:

farmacéutica de la química fina electrónica

Gas de síntesis

H2 + CO (CO2)

Industrias Químicas y PetroquímicaMetanol, isocianatos, ácido acético, acetatos

Industria del vidrio

Industria Siderúrgica. Hierro esponja

72%

9%8%3% 8% Química y Petroquímica

Electrónica

Metalúrgica

Aeroespacial

Otras

Consumo de Hidrógeno. Distribución según el tipo de Consumo de Hidrógeno. Distribución según el tipo de aplicaciónaplicación

50%

37%

8% 5%

AmoníacoRefineríasMetanolOtras

FERTILIZANTESFERTILIZANTES

Producción Mundial de Hidrógeno

Distribución por Fuente de Energía Primaria

4%

48%30%

18%ElectrólisisGas NaturalPetróleoCarbón

El 95% de la producción de H2 es “cautiva”, es decir, consumida en el mismo sitio de su producción.

Producción de hidrógeno en ArgentinaProducción de hidrógeno en ArgentinaEmpresaEmpresa LocalizaciónLocalización Producto finalProducto final Capacidad Capacidad

(t/a)(t/a)Produccion H2 Produccion H2 (m3/h)(m3/h)

Profértil Profértil Bahía BlancaBahía Blanca Amoníaco, Amoníaco, ureaurea

720.000720.000 186.000186.000

PASA S.A.PASA S.A. CampanaCampana Amoníaco, Amoníaco, ureaurea

115000115000 1.1451.145

Fábrica militarFábrica militar Río TerceroRío Tercero AmoníacoAmoníaco 1200012000 122122

YPF S.A.YPF S.A. EnsenadaEnsenada MetanolMetanol 2500025000 3.6003.600

YPF S.A.YPF S.A. Plaza HuinculPlaza Huincul MetanolMetanol 400000400000 57.50057.500

Resinfor Resinfor Metanol S.A.Metanol S.A.

Gral San Gral San MartínMartín

MetanolMetanol 5000050000 7.1907.190

YPF S.A.YPF S.A. Luján de Luján de CuyoCuyo

JPJP 19.70019.700 25.00025.000

SidercaSiderca CampanaCampana Hierro Hierro esponjaesponja

70.20070.200

SiderarSiderar San NicolásSan Nicolás Hierro Hierro esponjaesponja

Air LiquideAir Liquide CampanaCampana Desulf. Desulf. combustiblescombustibles

11.50011.500 14.50014.500

AGAAGA Buenos AiresBuenos Aires Gases Gases especialesespeciales

200200

VASAVASA Buenos AiresBuenos Aires Vidrio planoVidrio plano 160160 200200

CO puro

Acido acéticoIsocianatosMetanol

Oxo-alcoholesCombustible sintético

H2

CO CO2

Gas de Síntesis

Nafta

Fuel oil

Residuos de

destilación

Asfaltos

Carbón

Biomasa

Oxidación parcial

O2

Metano

LPG

Nafta

Reformado con vapor

Vapor

H2 puro

Shift conversion

(WGS)

VaporCO2

Amoníaco

Reformado secundario

Aire (N2)

A PARTIR DE HIDROCARBUROS

Metanador

En Argentina, el H2 es producido casi exclusivamente por reformado de GN con vapor

H2

Electrólisis del aguaElectrólisis del agua

Tecnología probada y bien conocida.Tecnología probada y bien conocida.

HH22 libre de óxidos de carbono. libre de óxidos de carbono.

Costo de producción depende fuertemente Costo de producción depende fuertemente del costo de la electricidad.del costo de la electricidad.

Los electrodos son de metales nobles. Los electrodos son de metales nobles. Opción: disminuir o eliminar su uso.Opción: disminuir o eliminar su uso.

Hidrógeno como combustibleHidrógeno como combustible

Para las fuentes estacionarias:

Desde el punto de vista técnico, las energías renovables están en condiciones de sustituir a las energías de origen fósil.

Y a largo plazo, energía solar térmica

Para las fuentes móviles:Para las fuentes móviles:

Solo tenemos al biodiesel y al bioetanol. Solo tenemos al biodiesel y al bioetanol.

El problema no está resuelto.El problema no está resuelto.

A largo plazo el hidrógenoA largo plazo el hidrógenoD. Abbott. Proceedings of the IEEE | Vol. 98, No. 1, January 2010

GNC H2

NAFTA ETANOL

DIESEL OIL BIODIESEL

FUEL OIL BIOOIL

Evolución prevista de los combustibles Evolución prevista de los combustibles fósilesfósiles

Petróleo. Petróleo. Producción alcanzará su pico en esta Producción alcanzará su pico en esta década (Multicyclic Hubbert method) pero será década (Multicyclic Hubbert method) pero será dramáticamente baja dentro de 40 a 50 años.dramáticamente baja dentro de 40 a 50 años.

• Gas NaturalGas Natural. Reservas hasta 60 años.• Carbón. Reservas hasta 130 años.

Son materias primas claves para la industria química y para productos de consumo masivo

Cuales son las opciones?Cuales son las opciones?No-renovable/No-fosilNo-renovable/No-fosil Energía Nuclear (fisión y fusión)Energía Nuclear (fisión y fusión)

Máxima potenciaMáxima potencia Conflicto con los Conflicto con los

alimentos (?)alimentos (?) DesconocidaDesconocida 7 TW7 TW 100 TW100 TW 72 TW72 TW 44 TW44 TW 7650 TW7650 TW

RenovableRenovable• Biocombustibles: etanol & biodiesel.Biocombustibles: etanol & biodiesel.• Biomasa• Energía hidroeléctrica• Energía térmica oceánica• Energía eólica• Energía geotérmica• Energía solar

Consumo total de potencia en todas las formas en el mundo: Consumo total de potencia en todas las formas en el mundo: 15 TW (2008)15 TW (2008) Abbott, D. , Proc. IEEE, 98, 1, January 2010Abbott, D. , Proc. IEEE, 98, 1, January 2010

Una visión diferente *Una visión diferente *

El concepto de “diversificación” está mundialmente El concepto de “diversificación” está mundialmente aceptado. Esto es cierto a corto y mediano plazo.aceptado. Esto es cierto a corto y mediano plazo.

• Considerando una escala mundial y una perspectiva Considerando una escala mundial y una perspectiva a largo plazo, la pregunta es: Existe una única fuente a largo plazo, la pregunta es: Existe una única fuente renovable capaz de proveer por si sola los 15 TW que renovable capaz de proveer por si sola los 15 TW que el mundo necesita hoy? Respuesta: La energía solar el mundo necesita hoy? Respuesta: La energía solar térmica, pero a través de colectores térmicos térmica, pero a través de colectores térmicos solaressolares.

• Una economía solar-hidrógeno sería el objetivo final

* Abbott, D. , Proc. IEEE, 98, 1, January 2010.* Abbott, D. , Proc. IEEE, 98, 1, January 2010.

Hidrógeno como combustibleHidrógeno como combustibleVentajas Ventajas Reducción de GEI.Reducción de GEI. Disponible en todo el mundo.Disponible en todo el mundo. Reducción de contaminación local (factor clave en Reducción de contaminación local (factor clave en

grandes ciudades).grandes ciudades). Puede ser usado en MCI o en PC: esta última mas Puede ser usado en MCI o en PC: esta última mas

eficiente, menos ruidosa y no contaminante.eficiente, menos ruidosa y no contaminante.Desventajas Desventajas Baja densidad energética en base volumétricaBaja densidad energética en base volumétrica Su almacenamiento requiere altas presiones o Su almacenamiento requiere altas presiones o

licuefacción.licuefacción. No se encuentra libre en la naturaleza. Debe No se encuentra libre en la naturaleza. Debe

consumirse energía para obtenerloconsumirse energía para obtenerlo

Para alimentar una pila de 1 kW se necesita 1 m3/h de H2 (con menos de 20 ppm CO)

Para producir 1 m3/h de H2 se necesitan 0,52 litros de etanol

Para producir 0,52 litros de etanol se necesitan

0,01 Ton de Caña de Azúcar

0,05 bushel de maíz

Para cosechar 0,01 Ton de Caña de Azúcar se deben ocupar 0,00007 Ha = 0,7 m0,00007 Ha = 0,7 m22

Para cosechar 0,05 bushel de maíz se deben ocupar 0,00015 Ha0,00015 Ha

Oportunidades en I + D.Oportunidades en I + D.

I + D EN HIDRÓGENO/ PILA DE COMBUSTIBLE ES I + D EN HIDRÓGENO/ PILA DE COMBUSTIBLE ES CONSIDERADA COMO UNA ACTIVIDAD A LARGO CONSIDERADA COMO UNA ACTIVIDAD A LARGO PLAZO, DE ALTO RIESGO Y DE ALTA PLAZO, DE ALTO RIESGO Y DE ALTA RECOMPENSA. RECOMPENSA.

SOSTIENE QUE ESTA ACTIVIDAD NO SOLO ES SOSTIENE QUE ESTA ACTIVIDAD NO SOLO ES APROPIADA, SINO TAMBIÉN QUE NO SE PODRIA APROPIADA, SINO TAMBIÉN QUE NO SE PODRIA LLEVAR A CABO SIN EL APOYO DEL GOBIERNO.LLEVAR A CABO SIN EL APOYO DEL GOBIERNO.

Department of Energy Hydrogen and Fuel Cells Program Plan, 2012Department of Energy Hydrogen and Fuel Cells Program Plan, 2012

BARRERASBARRERAS SOLUCIONESSOLUCIONES PROGRAMASPROGRAMAS

Costos altos de producción y suministro de hidrógeno.Sistemas de almacenamiento: más livianos, mas compactos y menos costosos Costos altos de fabricación de celdas de combustible. Durabilidad

I + D en sistemas y materiales

I + D en pilas de combustibleI + D en producción de hidrógenoI + D en combustiblesI + D en materiales

Datos del mundo real/ValidaciónDatos del mundo real/Validación DemostracionesDemostraciones Tecnologías de validaciónTecnologías de validación

Fabricación & proveedoresBase: altos costos iniciales, inadecuada producción y falta de proveedores

Implementar mercados de manera temprana

Transformación de mercados

Competencias laborales inadecuadas Capacitación Educación

BARRERASBARRERAS SOLUCIONESSOLUCIONES PROGRAMASPROGRAMAS

Desarrollar códigos y normas, prácticas y sistemas de seguridad

I + D en Seguridad para desarrollar sensores de hidrógeno, códigos, normas y prácticas de seguridad

Seguridad, códigos y estándares

Inversión en infraestructura Incentivos financieros y subvencionesIncentivos regulatorios y políticas

Análisis de Sistemas: Evaluar costos / beneficios de tecnologías, asegurando eficacia en los esfuerzos del Programa .Analizar costos / beneficios de los incentivos para estimular la inversión necesaria

Nuevas tecnologías para producir HNuevas tecnologías para producir H22

REFORMADO AUTOTERMICO

REFORMADO SECO

REFORMADO CON VAPOR MAS CAPTURA DE COCAPTURA DE CO22

PIROLISIS

HIDROCARBUROS COMO MATERIA PRIMA

ELECTROLIZADORES MAS EFICIENTES

BIOMASA

REFORMADOREFORMADODE ETANOL Y MTANOLDE ETANOL Y MTANOL

MICROORGANISMOS!!MICROORGANISMOS!!

CAMBIO DE ESCALA!!!CAMBIO DE ESCALA!!!

Producción de HProducción de H22 puro (CO < 20 ppm) puro (CO < 20 ppm) para PEM-FCpara PEM-FC

Procesos conocidosProcesos conocidos

• Reformado con vapor de gas natural, hidrocarburos o alcoholes.

• Gasificación de biomasa o carbón.

Purificación compleja y costosa (~35% del costo total del proceso)

AlternativaAlternativa

• Metodo para producir H2 puro en uno o dos pasos :

Reactor con paredes Reactor con paredes permeables al Hpermeables al H2 2

solamentesolamente(Reactor de membrana)(Reactor de membrana)

Producción y purificación de HProducción y purificación de H22 con < 20 con < 20 ppm COppm CO

ReformadoReformado con vaporcon vapor HH22

WGS WGS ConversiónConversión

de COde CO

GNGN

LPGLPG

NaftaNafta

PSA o PSA o MetanaciónMetanacióno COPROXo COPROX

El reformado con vapor de GN es hoy el proceso más El reformado con vapor de GN es hoy el proceso más empleado en el mundo para obtener Hempleado en el mundo para obtener H22..

H2

<20 ppm COC C SRSR WGSR

MMRR

permeado

CO2 retención

M M SRSR

permeado

GN

HC

Etanol

Glicerol

C C SRSR WGSRWGSR COProxCOProx H2

separation

Componentes de un reactor de membranaComponentes de un reactor de membrana

• Membrana Pd o aleaciones de Pd, < 10 µm espesor

(100% selectividad), durable, costo competitivo.

• Catalizador-No debe formar carbón -Debe operar a:

-T < 870K (M Reformador) [aleación de Pd].-T ~ 670 K (WGS M Reactor) [Pd puro].

molybdenum-oxo complex can catalytically generate gaseous hydrogen either from water at neutral pH or from sea water.

This work shows that high-valency metal-oxo species can be used to create reduction catalysts that are robust and functional in water, a concept that has broad implications for the design of ‘green’ and sustainable chemistry cycles.

Turnover rate of 2.4 mole of hydrogen/mole Turnover rate of 2.4 mole of hydrogen/mole of catalyst/secondof catalyst/second

Karunadasa HI, Chang CJ, Long JR. A molecular molybdenum-oxo catalyst for generating hydrogen from water. Nature 2010;464:1329e33

ELECTROLISISELECTROLISIS

BIOMASA

BIOLOGICO TERMOQUIMICO

DIGESTION DIGESTION ANAEROBICAANAEROBICA

FERMENTACIONFERMENTACION PROCESOS PROCESOS FOTOBIOLOGICOSFOTOBIOLOGICOS

GASIFICACION PIROLISIS

CH4 C2H5OH

H2/CO2

REFORMADO

WGS

PIROLISIS

H2/C

REFORMADOWGS

H2/CO2 H2/O2

H2/CO CH4/CO2

CH3OH/CO2

H2/CO2

WGS

SINTESIS

REFORMADOWGS

H2/CO2

BIO-OIL

SEVERA

H2/C

REFORMADOWGS

H2/CO2

Altas producciones 700.000 ton/aBajas producciones 1m3/h

I. Deicer, IJHE, 37(2012 )1954-1971

Oportunidades de I+D en producción, Oportunidades de I+D en producción, purificación y uso en PEM FC del Hpurificación y uso en PEM FC del H22

Catálisis y electro catálisisCatálisis y electro catálisisDesarrollo de catalizadores a base de metales no –nobles en:Desarrollo de catalizadores a base de metales no –nobles en: ElectrólisisElectrólisis En el reformado de hidrocarburos y alcoholesEn el reformado de hidrocarburos y alcoholes En los procesos catalíticos de purificación (COPROX y WGS)En los procesos catalíticos de purificación (COPROX y WGS) Catalizadores mas eficientes con menor contenido de MN, por Catalizadores mas eficientes con menor contenido de MN, por

ej. catalizadores “core-shell” en PEM FC.ej. catalizadores “core-shell” en PEM FC. Adsorbentes para captura de CO2, eficientes a temperaturas Adsorbentes para captura de CO2, eficientes a temperaturas

de 500ºCde 500ºC Catalizadores estructuradosCatalizadores estructurados

Oportunidades de I+D en producción, Oportunidades de I+D en producción, purificación y uso en PEM FC del Hpurificación y uso en PEM FC del H22

Ingeniería Química:Ingeniería Química: Integración energéticaIntegración energética

Desarrollo de nuevos reactores (estructurados, membrana, pared Desarrollo de nuevos reactores (estructurados, membrana, pared catalítica).catalítica).– Menor pérdida de carga.Menor pérdida de carga.– Resistencias difusionales mínimas.Resistencias difusionales mínimas.– Mejoran la transferencia de calor.Mejoran la transferencia de calor.– Mezclado rápidoMezclado rápido

Reactores Multifásicos : Reformado en fase acuosa.Reactores Multifásicos : Reformado en fase acuosa. Desarrollo de procesos de captura y confinamiento de CO2Desarrollo de procesos de captura y confinamiento de CO2

Oportunidades de I+D en ciencia de materialesOportunidades de I+D en ciencia de materiales

Membranas: Nuevos compuestos con menos Pd Membranas: Nuevos compuestos con menos Pd - Vida útil > 10,000 h.- Vida útil > 10,000 h.– Alta selectividad a HAlta selectividad a H22

– Altos flujos de permeación.Altos flujos de permeación. Nuevas membranas poliméricas para las pilas PEM Nuevas membranas poliméricas para las pilas PEM

(para trabajar a mayor temperatura)(para trabajar a mayor temperatura) Electrodos mas resistentes al COElectrodos mas resistentes al CO Desarrollo de materiales para el almacenamiento de Desarrollo de materiales para el almacenamiento de

HH2.2.

Membrane reformer (Demo) developed by Tokyo Gas Company together with Mitsubishi Heavy

Industries (40 Nm3/h)

catalystcatalyst

membrane module

city gas process steam

Pd-alloy membrane

VENTAJAS: Baja perdida de carga; baja resistencia a la transferencia de masa; alta transferencia de calor para los monolitos metálicos

DESVENTAJAS: Baja carga de catalizador; mayores costos, desarrollo incipiente

REACTORES ESTRUCTURADOS (MONOLITICOS)REACTORES ESTRUCTURADOS (MONOLITICOS)

CATALIZADORES MONOLITICOSCATALIZADORES MONOLITICOS

Situación actual del Situación actual del Hidrógeno en Argentina –Hidrógeno en Argentina –Ley de Hidrógeno.Ley de Hidrógeno.

LEY 26123

RÉGIMEN PARA EL DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA, PRODUCCIÓN, USO Y APLICACIONES DEL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE Y VECTOR DE ENERGÍA

CAPÍTULO IPolítica Nacional ARTÍCULO 1º.- Declárase de interés nacional el desarrollo de la tecnología, la producción, el uso y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de energía. ARTÍCULO 2º.- La presente ley promueve la investigación, el desarrollo, la producción y el uso del hidrógeno como combustible y vector energético, generado mediante el uso de energía primaria y regula el aprovechamiento de su utilización en la matriz energética.

AUTORIDAD DE APLICACIÓN: SECRETARIA DE ENERGIA

PLAN NACIONAL DE HIDRÓGENOPLAN NACIONAL DE HIDRÓGENO

FONDO NACIONAL DEL HIDROGENO FONDO NACIONAL DEL HIDROGENO FONHIDROFONHIDRO

PROGRAMAS A PROGRAMAS A

CORTO (2020),CORTO (2020),

MEDIANO (2025) Y MEDIANO (2025) Y

LARGO PLAZO (2030)LARGO PLAZO (2030)

EJES ESTRATEGICOS FUNDAMENTALES

• El Plan debe contribuir al desarrollo de tecnología e industria El Plan debe contribuir al desarrollo de tecnología e industria nacional asociadas al Hidrógeno, a la integración industrial y nacional asociadas al Hidrógeno, a la integración industrial y energética con los países del MERCOSUR y a la implementación energética con los países del MERCOSUR y a la implementación comercial de dichas tecnologías en mercados nacionales e comercial de dichas tecnologías en mercados nacionales e internacionales, con énfasis en lograr la exportación de alto valor internacionales, con énfasis en lograr la exportación de alto valor agregado.agregado.

2) Debe recomendar la formación de RRHH y la creación de puestos 2) Debe recomendar la formación de RRHH y la creación de puestos de trabajo altamente capacitados.de trabajo altamente capacitados.

3) Debe generar y sostener una cultura de seguridad en la 3) Debe generar y sostener una cultura de seguridad en la manipulación del hidrógeno. manipulación del hidrógeno.

4) Debe priorizar objetivos de desarrollo social sustentable, con 4) Debe priorizar objetivos de desarrollo social sustentable, con énfasis en las zonas aisladas y postergadas de nuestro país y la énfasis en las zonas aisladas y postergadas de nuestro país y la producción de hidrógeno con recursos energéticos renovables y producción de hidrógeno con recursos energéticos renovables y procesos no contaminantes.procesos no contaminantes.

Fuente: Informe International Fuente: Informe International Energy Agency- 2012Energy Agency- 2012

Una economía del hidrógeno basada en recursos Una economía del hidrógeno basada en recursos energéticos renovables en nuestro país contribuirá a:energéticos renovables en nuestro país contribuirá a:

•Mitigar el problema del abastecimiento de la demanda Mitigar el problema del abastecimiento de la demanda futura de energíafutura de energía

•Disminuir significativamente los efectos locales de la Disminuir significativamente los efectos locales de la contaminación contaminación

•Desarrollar tecnología propia y los procesos Desarrollar tecnología propia y los procesos productivos asociados. productivos asociados.

Persiguiendo un objetivo:Persiguiendo un objetivo:

EL DESARROLLO TECNOLOGICO PROPIO..EL DESARROLLO TECNOLOGICO PROPIO..

Gracias por su atención