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Aplicaciones del hidrógeno
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Estudios y aplicabilidad del hidrógeno para la generación de energía térmica luis bertenasco

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Presentación para el Thermal Congress Colombia Octubre 2011

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Estudios y aplicabilidad del hidrógeno para la generación de energía térmica luis bertenasco

  1. 1. Luis Bertenasco
  2. 2. INDICE • Tendencias • Desafíos • Factores de emisión por tipo de combustible • Hidrógeno • Celdas de Combustibles • Generación eléctrica de Hidrógeno a partir del carbón • Mapa y Tecnologías para producir Hidrógeno • Electrolizador producción de Hidrógeno a presión • Hidrógeno en Generación Termoeléctrica • Hidrógeno en Turbina • Visión del Hidrógeno en la Generación Termoeléctrica Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  3. 3. TENDENCIAS en el futuro de la energía  El Consumo de Energía creció casi 50% en los últimos 20 años y probablemente crecerá otro 50% en los siguientes 20 años.  La Generación Eléctrica y la Industria dominan el crecimiento.  La energía utilizada para generar Electricidad es la de mayor crecimiento y representa el 60% del crecimiento esperado.  El Gas Natural dentro de los combustibles convencionales, es el que más crecerá en este siglo, llamado “la Era de Oro de los Gases”, donde el Hidrógeno potencia el ciclo, por su flexibilidad y por satisfacer los estándares medioambientales y de sustentabilidad. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  4. 4. DESAFIOS en el futuro de la energía  Satisfacer la creciente demanda de energía procurando el bienestar social y desarrollo económico, de un modo sustentable.  Satisfacer las necesidades medioambientales, reduciendo las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), particularmente del dióxido de carbono (CO2). Las emisiones antropogénicas de CO2, constituyen alrededor del 65% de las emisiones globales de GEI. Las emisiones de GEI debidas a la Generación de Energía y actividades Industriales, están compuestas mayoritariamente por CO2, representando un 38% del total. Fuente: : IPCC, United Nations Enviromental Programme, 2007 Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  5. 5. FACTORES DE EMISIÓN por tipo de combustible Factores IPCC de Emisión de Carbono y Dióxido de Carbono Factor de Emisión Tipo de Combustible Kg de C/GJ Kg de CO2/GJ H2 (de renovable) -- -- H 20 (de renovable) 12.24 44.96 B 100 (1) 6.5 23.7 B 20 17.46 63.94 Gas Natural 15.3 56.2 Petróleo crudo 20.0 73.4 Gas Oíl 20.2 74.1 Fuel Oíl 21.1 77.4 Coque de Petróleo 27.5 100.9 Coque 29.5 108.3 Pa ne l Inte rgube rna me nta l de Ca mbios Climá ticos = IPCC (1) Conside ra ndo su ciclo de vida tie nde a ce ro. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  6. 6. HIDROGENO interés como vector energético  El producto de la utilización del hidrógeno como combustible es agua. No se liberan emisiones de sustancias contaminantes. Tampoco se generan GEI.  Amplia flexibilidad en la producción y utilización del hidrógeno.  Se puede utilizar como combustible en una amplia variedad de sistemas: Celdas de Combustible, Motores y Turbinas.  La transformación hidrógeno/electricidad, en una celda de combustible, tiene lugar en ambas direcciones con una elevada eficiencia.  A diferencia de la energía eléctrica, el hidrógeno se puede acumular y almacenar en grandes cantidades.  Se puede transportar en largas distancias en fase gaseosa o líquida. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  7. 7. FOMENTO del uso de combustibles alternativos En el 2020, la UE quiere que el 23 % de la energía de los combustibles para el transporte por carretera sea de origen alternativo. Año Biocombustibles (%) GNC (1) (%) Hidrógeno (%) Total (%) 2005 2 --- --- 2 2010 5,75 2 --- 7,75 2015 7 5 2 14 2020 8 10 5 23 (1) Gas Natural Comprimido Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  8. 8. PRODUCCIÓN mundial de Hidrógeno El 96% se produce a partir de Hidrocarburos y carbón. El 95% de la producción es “cautiva” (se consume en el lugar de producción). Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  9. 9. GENERACIÓN de electricidad con Celdas de Combustibles Estos sistemas ya son asequibles, e incluso funcionan a escala comercial en países como Japón, aplicados a generación domiciliaria y de mediano consumo No obstante a los continuos avances, las “Celdas de Combustibles” aún requieren de mejoras en sus costos de producción, en relación con los sistemas convencionales de Generación Eléctrica y así lograr irrumpir en la Generación a mayor escala. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  10. 10. PRODUCCIÓN eléctrica con H2 a partir de Carbón Carbón y agua Limpiadores de gas Hidrógeno para proceso En las plantas de producción Proceso shift a partir de eléctrica 1 2 3 o celdas de combustible carbón, el Hidrógeno es+ H + H O Oxígeno CO un elemento clave en 2 2 los procesos de pre-combustión para la captura y almacenamiento del CO2. CO H Escoria 2 +2 2 TURBINA GASES COMPRESOR DE ESCAPE El Hidrógeno y las pilas de combustibles pueden integrarse en las plantas de GICC para mejorar Aire su eficiencia y disminuir las emisiones. AIRE CAMARA DE COMBUSTION TURBINA QUE FUNCIONA CON H2 Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  11. 11. MAPA de tecnologías combustibles líquidos y gaseosos Fuentes Transformación Portadores energéticos Aplicaciones Gas GNL Gas Natural FÓSILES Reformado Hidrógeno Productos Petróleo Refino Gas Oíl Generación Eléctrica Fuel Oíl Petroquímica Materiales Reducción CO2 Generación Biomasa Eléctrica RENOVABLES Procesos LIMPIA Nuclear Gasificación / Pirolisis Biocombustibles Reformado Biogas Solar Termólisis Hidrógeno Fotólisis Eólica Hidráulica / Marina Electrólisis Geotérmica Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  12. 12. BIOMASA producción de Hidrógeno Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  13. 13. TERMOLISIS producción de Hidrógeno H2 a partir de Agua con procesos a altas temperaturas Nuclear Solar Proyecto Hydrosol Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  14. 14. TERMOLISIS producción de Hidrógeno Cont. Proceso Térmico Proceso Químico Descomposición directa de agua Ciclos Termoquímicos por vía térmica: T > 2500 Cº T < 1000 Cº El ciclo S-I es el más prometedor: • T ~ 900 Cº • Eficiencia ~ 43 % Los reactores nucleares actuales no alcanzan este nivel de T Se requiere de nuevos conceptos de reactor Ej: “Generación IV” (VHTR) Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  15. 15. FOTOLISIS producción de Hidrógeno Algunos Semiconductores son capaces de producir H2 por fotólisis de agua con luz solar 6- 18 % de eficiencia en laboratorio Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  16. 16. ELECTROLISIS producción de Hidrógeno Eólica - Hidráulica Mareomotriz e Geotérmica Electrolizador Solar Fotovoltaica Eficiencia 50 - 80% Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  17. 17. ELECTROLIZADOR producción de H2 a presión Ultra high power conversion. 4.0 kWh/H2Nm3  Corrosion resistent electrodes  200 bar electrolysis  Full automatic plants  Intelligent power box Efficiency: 75% Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  18. 18. HIDROGENO en generación Termoeléctrica Como pensar en la Generación a gran escala: El H2 como “Pulmón en la Generación”, se produce utilizando la Energía Eléctrica disponible en los Valles durante su demanda y luego se introduce como gas combustible en las Centrales Térmicas, generando electricidad durante los Picos. El H2 como “Acumulador Energético”, producido a partir de Energías Renovables, es convenientemente almacenado y luego utilizado como gas combustible, en Motogeneradores y Turbinas de Generación Eléctrica, el que luego de ser quemado genera agua producto de su oxidación. Estos esquemas permiten resolver un antaño problema de acumulación de la energía excedente, para luego reutilizarla cuando surge la demanda Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  19. 19. HIDROGENO como “Pulmón en la Generación” Red Alta Tensión Generación de Electricidad en Picos Turbina Termoeléctrica Producción de H2 en Valles Electrolizador a presión Cilindros de H2 Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  20. 20. HIDROGENO como “Acumulador Energético” Turbinas eólicas Red Alta Tensión Generación de Electricidad a Demanda Turbina Termoeléctrica Con excedente de viento producción de H2 Electrolizador a presión Cilindros de H2 Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  21. 21. HIDROGENO ventajas para la Generación Eléctrica  Aumentar la eficiencia y disminuir las emisiones en generación centralizada y distribuida (Motogeneradores y Turbinas).  Amortiguar el carácter intermitente de los generadores Renovables y aumentar su predictibilidad.  Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional).  Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y de distribución. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  22. 22. COMBUSTOR turbina alimentada a gas Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  23. 23. TURBINA alimentada a Hidrógeno GE 10 STD Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  24. 24. PRIMERA Central Eléctrica del mundo a Hidrógeno Vista interna de la Turbina GT GE10 STD ENEL Fusina (Pcia. Venecia) Italia Cámara de combustion Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  25. 25. FACTORES de Emisión en Turbina con H2 y con Gas NOx emissions with steam injection Con Hidrógeno sin emisión de dióxido de carbono = ahorro de 50 mil Tn. año Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  26. 26. ERAS de la energía “la era de oro de los gases” Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  27. 27. VISION del Hidrógeno en la Generación Térmica AÑOS 2010-30 Corto Plazo: Mezcla con Gas (H 30) en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas. Aplicación de Celdas de Combustibles en sistemas residenciales y de servicios. 2030-50 Medio Plazo: H2 100% en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas. Aplicación masiva de Celdas de Combustibles en Generación Eléctrica. 2050 » Largo Plazo: H2 en Generación distribuida (Ciclos Combinados, Celdas de Combustibles, en Energías Renovables). Redes Eléctricas Inteligentes. Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno
  28. 28. FINAL de presentación Octubre 2011 – Thermal Congress Asociación Argentina del Hidrógeno Asociación Argentina de Biocombustibles e Hidrógeno

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