Monografía: El hidrógeno como fuente de energía alternativa

Esta monografía busca ilustrar al lector sobre como el hidrógeno puede ser usado como una alternativa a los combustibles fósiles tradicionales, siendo un vector energético que el único producto que genera de su combustión es agua. El uso del hidrógeno como reemplazo de los combustibles a base de petróleo, se ve soportado en la gran energía que puede liberar y por ser amigable con el medio ambiente, además de ser el elemento químico más abundante en el universo. Lo anterior es sustentado por las grandes inversiones de los Estados Unidos y la Unión Europea de aproximadamente 3000 millones de dólares para su estudio e implementación. Los países en vía de desarrollo no cuentan con políticas claras que apoyen este tipo investigación y es en esta vía que debemos trabajar unidos en la innovación de esta nueva fuente de energía. En este trabajo se identifica las experiencias más relevantes respecto a la implementación a nivel mundial del hidrógeno con el fin de afianzar un plan para la incorporación de esta tecnología en Colombia

Diseño de un sistema de generación de hidrógeno por electrólisis

Este proyecto se desarrolla con el objetivo de diseñar un sistema de generación de hidrógeno (H2) por electrólisis para la celda de combustible de membrana de intercambio protónico que fue diseñada y construida en la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Pereira. Con el fin de conocer en qué punto se encuentra el estado del arte actual del diseño de electrolizadores y sistemas de almacenamiento, se realiza una revisión bibliográfica asociada a la generación de hidrógeno, su consumo en diferentes celdas de combustible y su modo de almacenarse. Para cumplir con este objetivo, se visitaron las bibliotecas: del Banco de la República, Lucy Tejada y Jorge Roa Martínez. Adicionalmente se consultaron las bases de datos electrónicas con las que dispone la Universidad Tecnológica de Pereira. Después de esta revisión bibliográfica y habiendo conocido los diferentes tipos de electrolizadores, se toma la decisión de escoger el sistema que brinde mayor durabilidad y ofrezca una mayor eficiencia, por lo tanto se escoge el electrolizador tipo membrana de intercambio de protones. Para establecer los parámetros del electrolizador, se recurre a la información obtenida en la revisión bibliográfica, de donde se seleccionan los materiales de construcción de las diferentes partes del sistema; como los electrodos, la membrana de intercambio de protones (PEM), las placas bipolares y difusoras de gas. En base a la corriente que va a generar la celda de combustible, es posible conocer la demanda de hidrógeno generado por el electrolizador que para este caso es 350scm3/min y con base en esta información se calcula el área de la PEM que es 50 cm2, esta dimensión es el dato de entrada para comenzar con el diseño del electrolizador. En cuanto a los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, se presenta una información detallada con respecto a los tipos que existen, sus ventajas y desventajas y sus rangos de funcionamiento

Optimización de la producción de energía de una celda tipo PEM.

El electrolizador utilizado en la tesis anterior desarrollada por Piedra y Noboa no suministraba el caudal de Hidrógeno necesario para el correcto funcionamiento de la celda tipo PEM. Se realizó un diseño que permita mejorar el caudal, mantener una presión constante para poder mejorar el rendimiento de la celda y mejorar la generación eléctrica de la misma. Este proyecto describe el paso a paso de las pruebas realizadas, desde la obtención del permiso de compra del hidróxido de potasio en el Setep ya que al ser una sustancia sujeta a fiscalización, este compuesto no se lo puede conseguir sin dicho permiso, también incluye el diseño de lo necesario para el almacenamiento de Hidrógeno producido por el electrolizador modelo AU43, consumos energéticos del nuevo electrolizador, generación de energía utilizado la celda de combustible tipo PEM de 100W, análisis y cuadros comparativos de las datos obtenidos con los que obtuvieron los investigadores anteriores Piedra y Noboa y como se logró mejorar el del flujo de Hidrógeno en un 76.92%.The electrolyser used in the previous thesis developed by Piedra and Noboa did not supply the flow of Hydrogen necessary for the correct functioning of the PEM type cell. A design was made to improve the flow, maintain a constant pressure to improve the cell's performance and improve its power generation. This project describes the step by step of the tests carried out, since obtaining the purchase permit for potassium hydroxide in the Setep since being a substance subject to control, this compound cannot be obtained without such permission, it also includes the design of what is necessary for the storage of hydrogen produced by the AU43 model electrolyzer, energy consumption of the new electrolyser, power generation using a 100W PEM type fuel cell, analysis and comparative tables of the data obtained with those obtained by previous researchers Piedra and Noboa and how the Hydrogen flow was improved by 76.92%

Abriendo los cuellos de botella de la economía del hidrógeno : estudios de almacenamiento y factibilidad

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2015.Esta tesis aborda, por un lado, desde un enfoque interdisciplinario, análisis de factibilidad técnica, económica y ambiental ligados a la producción de hidrógeno a partir de recursos renovables, así como también vinculados al transporte, la distribución y a los usos posibles de este vector energético en la República Argentina. Se realizan estudios de prospectiva de hidrógeno en el país, un mapa nacional de hidrógeno renovable y estimación de costos de producción, transporte y distribución de hidrógeno eólico. Por otro lado, en la segunda parte de la tesis, con otra línea de abordaje y mediante modelos teóricos específicos de la física y la química de superficie, se desarrollan estudios de almacenamiento de hidrógeno sobre materiales carbonosos. El almacenamiento efectivo y de bajo costo de hidrógeno representa uno de los cuellos de botella fundamentales para el avance de aplicaciones móviles impulsadas por celdas de combustible de hidrógeno, o por motores de combustión interna alimentados mezclas de hidrógeno con gas natural

Análisis de la implementación de una celda de combustible en una motocicleta tipo escúter

Este proyecto de investigación hace parte de un proyecto global, que tiene por propósito diseñar una solución viable para reducir los impactos negativos sobre la salud pública y el medio ambiente generados por las emisiones de gases contaminantes emitidos por las motocicletas, las cuales tienen una gran representatividad en el parque automotor colombiano (“RUNT 2012 Universidad Tecnológica de Pereira,” n.d.). Para alcanzar este objetivo se propone realizar un desarrollo tecnológico basado en el diseño de la implementación de una celda de combustible de hidrógeno como planta motriz para una motocicleta tipo escúter del mercado colombiano. El proyecto se focaliza en el análisis de la implementación de la celda de combustible como solución a las problemáticas ambientales y económicas

Hidrógeno: producción, almacenamiento y usos energéticos

La energía solar es la madre de todas las energías renovables. Todos los ciclos naturales se mueven con ella, y ese movimiento da origen a las diferentes energías renovables como la energía hidráulica, la eólica o la biomasa y otras. Aunque multiplicáramos por mil los consumos humanos actuales, la energía solar disponible no se agotaría. Es una cuestión de tecnología, economía y voluntad política. Si la energía solar mantiene la vida en este planeta, ¿por qué no va a poder mantener a los seres humanos también? El problema es que el ser humano ha hecho trampas con la naturaleza en el siglo XX y ha preferido quemar los combustibles fósiles que son energía solar acumulada durante millones de años, en vez de desarrollar tecnológicamente las necesidades crecientes de energía conforme se iban necesitando. Hemos creado un monstruo social que vive de las rentas, en vez de vivir de lo que se produce día a día. Necesitaremos quizás todo el siglo XXI para volver al Sol. Y será esto o no tendremos futuro como especie en la Tierra. En menos de 50 años habremos agotado todas las reservas o estas estarán en franco declive. La demanda de energía, agua y materiales no deja de crecer, a pesar de que hoy hemos quemado la energía fósil que ha sido necesaria para mover todo el siglo XX y la primera década del XXI. A pesar de la certeza de que queda menos, en vez de moderar el consumo, lo estamos acelerando. Como no hay agua suficiente, planteamos desalar consumiendo más energías fósiles, y la extracción de minerales y combustibles fósiles necesita cada vez más energía por unidad de material extraído ya que las mejores minas y pozos se han ido agotando. Y ello solo es una parte del problema; la otra son los cambios climáticos a los que nos estamos viendo sometidos por esos excesos. Solo volviendo al Sol hay esperanza. Un siglo de excesos en el despilfarro y la irresponsabilidad energéticas necesitará quizás más de un siglo de reparaciones. Y no es seguro que las reparaciones puedan surtir efecto. Algunas pérdidas serán irreversibles. Necesitamos el Sol para reparar el daño y cuanto antes mejor. Es claro que el siglo XX nos ha permitido acelerar el desarrollo tecnológico. Muchas cosas, quizás las más básicas como la electricidad o el transporte motorizado, no habrían sido posibles sin los combustibles fósiles; por ello, un punto de vista conciliador en la visión del hombre sobre el planeta sería que hemos tomado prestadas estas energías para acelerar el desarrollo, porque, contrariamente a lo que se cree, las energías renovables, y por ello tradicionales, requieren una tecnología mucho más avanzada que las energías convencionales. La oferta energética del Sol es variable, con la latitud, con la estación, con el día y la noche. Lo mismo pasa con el viento, la biomasa y todas las demás. Hay que aprender a almacenarla, ya que nuestra demanda no coincide con la oferta que el Sol directa o indirectamente nos provee. Tenemos que aprender a integrarlas, a hacer sistemas baratos y ubicuos. Hay que aprender a mejorar su eficacia. Ello requiere mucha investigación, toda aquella que en el siglo XX no se ha hecho, y una fabricación masiva que la convierta en económicamente alcanzable para todo el mundo. Cuanto más tarde se den estas condiciones, más difícil será gestionar los peligros medioambientales y sociales a los que el mundo se enfrenta en este siglo. Las guerras por los recursos escasos o las catástrofes medioambientales van a ser comunes en este siglo. Aunque parezca poco evidente hoy, invertir masivamente en energías renovables es la mejor manera de invertir en la paz y en un futuro sostenible de la Humanidad en el largo plazo. Para ello, es necesario tecnología, economía y liderazgo. Si hay alguna filosofía que subyace más profundamente en el espíritu de las personas que formamos CIRCE, es la creencia de que podemos contribuir a poner nuestro grano de arena en crear un mundo más sostenible. Investigamos para mejorar los sistemas energéticos, enseñamos para que el conocimiento se difunda y se multiplique, y contribuimos a crear líderes justamente aprendiendo a liderar proyectos, empresas e iniciativas sociales. Así que esta colección de libros que tú, lector, tienes en tus manos es producto de una idea, y es que queremos que seas una pieza clave para cambiar la sociedad que te ha tocado vivir. Te necesitamos como líder social, como empresario y como creador. Y estos libros te pasan el testig

El vehículo de hidrógeno. Simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno en schwarzitas

Dado el actual problema del cambio climático, se hace necesario el desarrollo de tecnologías que utilicen fuentes de energía que no supongan grandes cantidades de emisiones de gases de efecto invernadero. En este sentido, el vehículo de hidrógeno se postula como un candidato a ser uno de los medios de transporte limpios del futuro, siendo el principal problema al que se enfrenta actualmente el almacenamiento eficiente de hidrógeno como combustible. En este trabajo se ha estudiado la capacidad de adsorción de hidrógeno de nanoestructuras de carbono de tipo schwarzita, concretamente, las schwarzitas RWY, AEI y FAU, que dada su estructura y propiedades, se presentan como un material prometedor para el almacenamiento de hidrógeno. Para ello, se ha llevado a cabo una simulación utilizando el método de Monte Carlo-Metropolis, a través de la cual se han calculado las capacidades gravimétrica y volumétrica de cada estructura. Los resultados revelan el papel que juegan los poros nanométricos de cada estructura, y las condiciones de presión y temperatura del sistema. Por último, se han comparado los resultados de cada estructura de schwarzita, con el fin de analizar las diferencias en el comportamiento de cada estructura y conocer mejor los mecanismos de adsorción de hidrógeno en carbonos nanoporosos.Climate change is nowadays one of the most important problems the world’s economies are facing, which makes the development of clean and emission-free technologies a necessity, in order to avoid greenhouse gas emissions. In this sense, the Hydrogen vehicle is shown to be a candidate for clean transport, while efficient Hydrogen storage for fueling purposes is still the major challenge it faces. In the present work, the Hydrogen adsorption capacities of three schwarzite carbon nanostructures have been studied, being RWY, AEI and FAU the three schwarzites chosen, given their promising structure and properties which a priori may yield to high Hydrogen storage capabilities. A Monte Carlo-Metropolis simulation has been carried out and the gravimetric and volumetric capacities of these structures have been calculated. The results show the relevant role that the pore size, temperature and pressure play in these magnitudes. These results have been compared for each schwarzite structure, in order to analyze the differences in the behaviour of each structure which has yielded to a better understanding of the Hydrogen adsorption mechanisms in nanoporous carbons.Grado en Físic

Diseño de un sistema para el suministro de hidrógeno a una hidrogenera desde la red de gas natural

Mediante el presente proyecto se estudia una de las etapas cruciales para la utilización de la red de gas natural como un sistema de almacenamiento y distribución de hidrógeno. Se pretende utilizar el hidrogeno separado para abastecer una estación hidrogenera que pueda abastecer a un número determinado de vehículos. La separación del hidrógeno del gas natural es crítica en dos aspectos, pureza del hidrógeno separado y energía consumida en el proceso. Se estudiarán diferentes alternativas para la separación del hidrogeno, eligiendo la más adecuada para la implementación en la hidrogenera. Una vez separado el hidrogeno uno de los principales problemas es el almacenamiento del gas a altas presiones, por lo que se diseñará un sistema de compresión y almacenamiento adecuado para la demanda que necesite la estación hidrogenera. Este proyecto se ha realizado en colaboración con la empresa Nortegas, siguiendo en ocasiones sus requisitos a la hora de diseñar la hidrogenera.Proiektu honen bidez, gas naturalaren sarea hidrogenoa gordetzeko eta banatzeko sistema gisa erabil dadin funtsezko etapetako bat aztertzen da. Bereizitako hidrogenoa erabili nahi da hidrogeno estazio bat hornitzeko zeinek ibilgailu kopuru jakin bat zuzkituko duen. Hidrogenoa gas naturaletik bereiztea funtsezkoa da bi alderditan, bereizitako hidrogenoa garbitzea eta prozesuan kontsumitutako energia. Hidrogenoa bereizteko alternatiba desberdinak aztertuko dira, hidrogenerazio instalazioan gauzatzeko egokiena aukeratuz. Hidrogenoa bereizita, arazo nagusietako bat gasa presio altuetan biltegiratzea da, horregatik hidro-sorkuntza zentralak behar duen eskaerarako egokia den konpresio eta biltegiratze sistema diseinatuko da. Proiektu hau Nortegas enpresarekin elkarlanean burutu da, batzuetan hidrogeneradorea diseinatzerakoan haien eskakizunei jarraituz

Diseño de un sistema para el suministro de hidrógeno a una hidrogenera desde la red de gas natural

Mediante el presente proyecto se estudia una de las etapas cruciales para la utilización de la red de gas natural como un sistema de almacenamiento y distribución de hidrógeno. Se pretende utilizar el hidrogeno separado para abastecer una estación hidrogenera que pueda abastecer a un número determinado de vehículos. La separación del hidrógeno del gas natural es crítica en dos aspectos, pureza del hidrógeno separado y energía consumida en el proceso. Se estudiarán diferentes alternativas para la separación del hidrogeno, eligiendo la más adecuada para la implementación en la hidrogenera. Una vez separado el hidrogeno uno de los principales problemas es el almacenamiento del gas a altas presiones, por lo que se diseñará un sistema de compresión y almacenamiento adecuado para la demanda que necesite la estación hidrogenera. Este proyecto se ha realizado en colaboración con la empresa Nortegas, siguiendo en ocasiones sus requisitos a la hora de diseñar la hidrogenera.Proiektu honen bidez, gas naturalaren sarea hidrogenoa gordetzeko eta banatzeko sistema gisa erabil dadin funtsezko etapetako bat aztertzen da. Bereizitako hidrogenoa erabili nahi da hidrogeno estazio bat hornitzeko zeinek ibilgailu kopuru jakin bat zuzkituko duen. Hidrogenoa gas naturaletik bereiztea funtsezkoa da bi alderditan, bereizitako hidrogenoa garbitzea eta prozesuan kontsumitutako energia. Hidrogenoa bereizteko alternatiba desberdinak aztertuko dira, hidrogenerazio instalazioan gauzatzeko egokiena aukeratuz. Hidrogenoa bereizita, arazo nagusietako bat gasa presio altuetan biltegiratzea da, horregatik hidro-sorkuntza zentralak behar duen eskaerarako egokia den konpresio eta biltegiratze sistema diseinatuko da. Proiektu hau Nortegas enpresarekin elkarlanean burutu da, batzuetan hidrogeneradorea diseinatzerakoan haien eskakizunei jarraituz

Análisis del potencial del hidrógeno para reducir las emisiones de CO2 en el parque automovilístico de Tenerife

El presente Trabajo de Fin de Grado muestra un estudio de la implementación del hidrógeno como alternativa para disminuir las emisiones de CO2eq en el sector del transporte en Tenerife. Para ello, se ha tomado un conjunto de ciclos de conducción de la Zona Metropolitana de Tenerife y se ha estimado el consumo de vehículos tanto de combustión interna, eléctricos y de pila de combustible a través de una herramienta de análisis de sistemas de tren potencia llamada FASTSim (Future Automotive Systems Technology Simulator). Asimismo, se han creado distintos escenarios de simulación en el software GREET (The Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy in Transportation) para estimar las emisiones de CO2eq desde la extracción de la materia prima hasta su uso final en los vehículos. Para ello, se ha tomado como base las estimaciones realizadas por el Gobierno de Canarias sobre la implementación del vehículo eléctrico y las energías renovables en Tenerife. Con ello, se ha realizado una comparativa de las emisiones anuales de CO2eq entre vehículos de pila de combustible, eléctricos y combustión interna. Junto a un análisis del papel del hidrógeno en la implementación de las energías renovables en Tenerife y su uso en el sector del transporte.This Final Degree Project presents a study of the implementation of hydrogen as an alternative to reduce CO2eq emissions in the transport sector in Tenerife. For this reason, a set of driving cycles of the Metropolitan Area of Tenerife has been taken and the consumption of both internal combustion, electric and fuel cell vehicles has been estimated through a power train systems analysis tool called FASTSim (Future Automotive Systems Technology Simulator). Likewise, different simulation scenarios have been created in the GREET software (The Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy in Transportation) to estimate CO2eq emissions from the extraction of the raw material to its final use in vehicles. For this, the estimates made by Canary Government on the implementation of electric vehicles and renewable energies in Tenerife have been taken as a basis. With this, a comparison of the annual CO2eq emissions has been made between fuel cell, electric and internal combustion vehicles. Along with an analysis of the role of hydrogen in the implementation of renewable energy in Tenerife and its use in the transport sector