Energía limpia en base a hidrógeno

La producción de energía mediante la combustión térmica convencional de fuentes fósiles presenta serias desventajas, ya que es un método indirecto e ineficiente que implica una etapa intermedia de conversión de calor en trabajo mecánico con un límite de eficiencia intrínseca impuesto por el ciclo de Carnot. Así, por ejemplo, una máquina térmica que opera entre 350 ºC y 100 ºC tiene una eficiencia máxima intrínseca de 40% y, en la práctica, existen otras pérdidas de energía extrínsecas, tales como disipación de calor a los alrededores, calor generado por fricción en las partes móviles, combustión incompleta, etc., que disminuyen aún más el rendimiento. De este modo, en los motores de combustión interna, la eficiencia práctica es del 15 % al 20 %, esto es, se desperdicia más del 80% de la energía química contenida en el combustible. Además, como productos de la combustión se arrojan al ambiente principalmente agua y dióxido de carbono, que contribuye al calentamiento global, y otros contaminantes, tales como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), hidrocarburos no saturados, material particulado, etc., que provocan desequilibrios ecológicos (lluvias ácidas, reducción de la capa de ozono, formación de smog, etc.) y/o dañan la salud. Por otra parte, debido a la baja eficiencia de conversión del método, se desaprovechan las limitadas reservas de combustibles fósiles, que han tardado millones de años en formarse. Para resolver estos problemas se han desarrollado sistemas para el aprovechamiento integral de fuentes primarias de energía limpias y renovables que puedan sustituir a los combustibles fósiles, tales como energías solar, eólica, hidráulica, geotérmica, mareomotriz, etc.. Si bien se puede imaginar un escenario futuro donde las fuentes primarias renovables, principalmente energías eólica y solar, ocupen un lugar predominante en la matriz energética sustituyendo a los combustibles fósiles, existen problemas relacionados con el almacenamiento y el transporte de la energía primaria y la facilidad de su conversión de acuerdo a la demanda. En este aspecto, debe señalarse que, en el lugar de consumo final, sólo el 25 % de la energía primaria se usa como electricidad y el 75 % restante como combustible. Por lo tanto, las energías primarias renovables deben usarse tanto para generar electricidad como para manufacturar combustibles. Es en este escenario donde aparece el hidrógeno como combustible ideal para el reemplazo de los combustibles fósiles fluidos (gases y líquidos), ya que puede obtenerse fácilmente por electrólisis del agua a partir de fuentes primarias renovables. El hidrógeno electrolítico, convenientemente almacenado, ya sea como gas comprimido, líquido a bajas temperaturas o en estructuras sólidas bajo la forma de hidruro metálico, puede transportarse al centro de consumo donde su combustión produce energía útil.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Energía limpia en base a hidrógeno

La producción de energía mediante la combustión térmica convencional de fuentes fósiles presenta serias desventajas, ya que es un método indirecto e ineficiente que implica una etapa intermedia de conversión de calor en trabajo mecánico con un límite de eficiencia intrínseca impuesto por el ciclo de Carnot. Así, por ejemplo, una máquina térmica que opera entre 350 ºC y 100 ºC tiene una eficiencia máxima intrínseca de 40% y, en la práctica, existen otras pérdidas de energía extrínsecas, tales como disipación de calor a los alrededores, calor generado por fricción en las partes móviles, combustión incompleta, etc., que disminuyen aún más el rendimiento. De este modo, en los motores de combustión interna, la eficiencia práctica es del 15 % al 20 %, esto es, se desperdicia más del 80% de la energía química contenida en el combustible. Además, como productos de la combustión se arrojan al ambiente principalmente agua y dióxido de carbono, que contribuye al calentamiento global, y otros contaminantes, tales como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), hidrocarburos no saturados, material particulado, etc., que provocan desequilibrios ecológicos (lluvias ácidas, reducción de la capa de ozono, formación de smog, etc.) y/o dañan la salud. Por otra parte, debido a la baja eficiencia de conversión del método, se desaprovechan las limitadas reservas de combustibles fósiles, que han tardado millones de años en formarse. Para resolver estos problemas se han desarrollado sistemas para el aprovechamiento integral de fuentes primarias de energía limpias y renovables que puedan sustituir a los combustibles fósiles, tales como energías solar, eólica, hidráulica, geotérmica, mareomotriz, etc.. Si bien se puede imaginar un escenario futuro donde las fuentes primarias renovables, principalmente energías eólica y solar, ocupen un lugar predominante en la matriz energética sustituyendo a los combustibles fósiles, existen problemas relacionados con el almacenamiento y el transporte de la energía primaria y la facilidad de su conversión de acuerdo a la demanda. En este aspecto, debe señalarse que, en el lugar de consumo final, sólo el 25 % de la energía primaria se usa como electricidad y el 75 % restante como combustible. Por lo tanto, las energías primarias renovables deben usarse tanto para generar electricidad como para manufacturar combustibles. Es en este escenario donde aparece el hidrógeno como combustible ideal para el reemplazo de los combustibles fósiles fluidos (gases y líquidos), ya que puede obtenerse fácilmente por electrólisis del agua a partir de fuentes primarias renovables. El hidrógeno electrolítico, convenientemente almacenado, ya sea como gas comprimido, líquido a bajas temperaturas o en estructuras sólidas bajo la forma de hidruro metálico, puede transportarse al centro de consumo donde su combustión produce energía útil.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Preparación y evaluación de electrocatalizadores de platino sobre diferentes soportes para celdas de combustible PEM

Se sintetizaron electrocatalizadores de Pt para celdas de combustible PEM sobre diferentes soportes: SC, modificado y sin modificar, y Vulcan XC72 para comparación. El material SC exhibió características que lo hacen un potencial sustituto del soporte Vulcan XC72. El estudio de estabilidad en las condiciones de operación de una celda de combustible PEM mostró que el electrocatalizador soportado sobre SC tiene una velocidad de degradación mayor al soportado sobre Vulcan XC72. Se requiere optimizar el método de modificación superficial para lograr la incorporación de los grupos necesarios para aumentar la estabilidad del material en las condiciones de operación.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Preparación y evaluación de electrocatalizadores de platino sobre diferentes soportes para celdas de combustible PEM

Se sintetizaron electrocatalizadores de Pt para celdas de combustible PEM sobre diferentes soportes: SC, modificado y sin modificar, y Vulcan XC72 para comparación. El material SC exhibió características que lo hacen un potencial sustituto del soporte Vulcan XC72. El estudio de estabilidad en las condiciones de operación de una celda de combustible PEM mostró que el electrocatalizador soportado sobre SC tiene una velocidad de degradación mayor al soportado sobre Vulcan XC72. Se requiere optimizar el método de modificación superficial para lograr la incorporación de los grupos necesarios para aumentar la estabilidad del material en las condiciones de operación.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Preparación y evaluación de electrocatalizadores de platino sobre diferentes soportes para celdas de combustible PEM

Se sintetizaron electrocatalizadores de Pt para celdas de combustible PEM sobre diferentes soportes: SC, modificado y sin modificar, y Vulcan XC72 para comparación. El material SC exhibió características que lo hacen un potencial sustituto del soporte Vulcan XC72. El estudio de estabilidad en las condiciones de operación de una celda de combustible PEM mostró que el electrocatalizador soportado sobre SC tiene una velocidad de degradación mayor al soportado sobre Vulcan XC72. Se requiere optimizar el método de modificación superficial para lograr la incorporación de los grupos necesarios para aumentar la estabilidad del material en las condiciones de operación.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Energía limpia en base a hidrógeno

La producción de energía mediante la combustión térmica convencional de fuentes fósiles presenta serias desventajas, ya que es un método indirecto e ineficiente que implica una etapa intermedia de conversión de calor en trabajo mecánico con un límite de eficiencia intrínseca impuesto por el ciclo de Carnot. Además, como productos de la combustión se arrojan al ambiente principalmente agua y dióxido de carbono, el cual contribuye al calentamiento global, y otros contaminantes, tales como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, hidrocarburos no saturados, material particulado, etc., que provocan desequilibrios ecológicos y/o dañan la salud. De ahí, el interés creciente en el desarrollo de sistemas de conversión de energía en base a energías renovables. En sistemas para el aprovechamiento integral de fuentes primarias de energía renovables y no contaminantes, tales como energía solar y eólica, surge la dificultad del almacenamiento y transporte de la energía y la facilidad de su conversión de acuerdo a la demanda. En este escenario, aparece el hidrógeno como candidato ideal para cumplir la función de almacenador y transportador de energía, reemplazando a los combustibles fósiles. En este trabajo se presentan avances recientes en tecnologías de producción, almacenamiento y combustión del hidrógeno para la sustitución de los combustibles fósiles como fuente de energía, destacando sus ventajas para la generación eficiente de electricidad en zonas rurales y aisladas y en el transporte vehicular sin emisión de contaminantes.Fil: Andreasen, Gustavo Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Ramos, Silvina Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Barsellini, Diego Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Triaca, Walter Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentin

Evaluación del desempeño de prototipos de celda de combustible de H₂/O₂

Las celdas de combustibles de tecnología PEM se encuentran dentro de los recursos tecnológicos cuyo desarrollo impulsará la transición hacia una economía del hidrógeno. Las celdas de combustible de tecnología PEM son dispositivos que convierten, a través de procesos electroquímicos, la energía química del hidrógeno directamente en energía eléctrica y térmica. Estos dispositivos trabajan a bajas temperaturas de operación, con un tiempo rápido de arranque y con una alta densidad de potencia y alta eficiencia de conversión, lo que los hace fuertes candidatos para la generación de energía. La mayor brecha que debe superarse para la comercialización de estos dispositivos es el costo y tiempo de vida de los mismos, lo que implica, entre otras cosas, la optimización de los materiales que los componen y el estudio de los fenómenos multifísicos, de transporte y electroquímicos que toman lugar durante su operación. En este trabajo se presenta la evaluación de dos prototipos de celdas de combustible de tecnología PEM que difieren, principalmente, en el área y diseño de los canales de flujo. Uno de los prototipos es de diseño comercial, con canales de flujo que representan 25 cm2 de área, en serpentín, lineal, tipo U (prototipo I) y, el otro, de fabricación endógena (en colaboración con el Laboratorio de Mecánica de la UTN), posee canales de flujo que representan un área de 9 cm2, en serpentín, no lineal, tipo Z (prototipo II). Para la prueba de los prototipos se construyeron ensambles MEA, mediante una técnica de pincelado desarrollada en nuestros laboratorios, utilizando como membrana polimérica Nafion 117, tela de carbono como medio de difusión de gases, y platino soportado sobre carbono grafitizado Vulcan XC-72, al 20%, marca E-TEK, como catalizador soportado. Los prototipos se sometieron a distintas condiciones operativas de presión, temperatura, humidificación y caudal. El mejor desempeño se logró con el prototipo I a una temperatura de celda de 40 ºC y temperatura de humidificación de H2 de 60 ºC (Figura 1). El prototipo II presentó altas corrientes de crossover comparadas con las reportadas en la literatura para membranas de Nafion 117, presentando un OPC por debajo del esperado para este tipo de celdas PEM y afectando el rendimiento de la misma (Figuras 2 y 3). Es posible que esta alta corriente de crossover se deba al pre- tratamiento aplicado a la membrana para la construcción de los electrodos utilizados en la evaluación de este prototipo. Esto aún se encuentra en estudio.Facultad de Ciencias Exacta

Evaluación del desempeño de prototipos de celda de combustible de H₂/O₂

Las celdas de combustibles de tecnología PEM se encuentran dentro de los recursos tecnológicos cuyo desarrollo impulsará la transición hacia una economía del hidrógeno. Las celdas de combustible de tecnología PEM son dispositivos que convierten, a través de procesos electroquímicos, la energía química del hidrógeno directamente en energía eléctrica y térmica. Estos dispositivos trabajan a bajas temperaturas de operación, con un tiempo rápido de arranque y con una alta densidad de potencia y alta eficiencia de conversión, lo que los hace fuertes candidatos para la generación de energía. La mayor brecha que debe superarse para la comercialización de estos dispositivos es el costo y tiempo de vida de los mismos, lo que implica, entre otras cosas, la optimización de los materiales que los componen y el estudio de los fenómenos multifísicos, de transporte y electroquímicos que toman lugar durante su operación. En este trabajo se presenta la evaluación de dos prototipos de celdas de combustible de tecnología PEM que difieren, principalmente, en el área y diseño de los canales de flujo. Uno de los prototipos es de diseño comercial, con canales de flujo que representan 25 cm2 de área, en serpentín, lineal, tipo U (prototipo I) y, el otro, de fabricación endógena (en colaboración con el Laboratorio de Mecánica de la UTN), posee canales de flujo que representan un área de 9 cm2, en serpentín, no lineal, tipo Z (prototipo II). Para la prueba de los prototipos se construyeron ensambles MEA, mediante una técnica de pincelado desarrollada en nuestros laboratorios, utilizando como membrana polimérica Nafion 117, tela de carbono como medio de difusión de gases, y platino soportado sobre carbono grafitizado Vulcan XC-72, al 20%, marca E-TEK, como catalizador soportado. Los prototipos se sometieron a distintas condiciones operativas de presión, temperatura, humidificación y caudal. El mejor desempeño se logró con el prototipo I a una temperatura de celda de 40 ºC y temperatura de humidificación de H2 de 60 ºC (Figura 1). El prototipo II presentó altas corrientes de crossover comparadas con las reportadas en la literatura para membranas de Nafion 117, presentando un OPC por debajo del esperado para este tipo de celdas PEM y afectando el rendimiento de la misma (Figuras 2 y 3). Es posible que esta alta corriente de crossover se deba al pre- tratamiento aplicado a la membrana para la construcción de los electrodos utilizados en la evaluación de este prototipo. Esto aún se encuentra en estudio.Facultad de Ciencias Exacta

Evaluación del desempeño de prototipos de celda de combustible de H₂/O₂

Las celdas de combustibles de tecnología PEM se encuentran dentro de los recursos tecnológicos cuyo desarrollo impulsará la transición hacia una economía del hidrógeno. Las celdas de combustible de tecnología PEM son dispositivos que convierten, a través de procesos electroquímicos, la energía química del hidrógeno directamente en energía eléctrica y térmica. Estos dispositivos trabajan a bajas temperaturas de operación, con un tiempo rápido de arranque y con una alta densidad de potencia y alta eficiencia de conversión, lo que los hace fuertes candidatos para la generación de energía. La mayor brecha que debe superarse para la comercialización de estos dispositivos es el costo y tiempo de vida de los mismos, lo que implica, entre otras cosas, la optimización de los materiales que los componen y el estudio de los fenómenos multifísicos, de transporte y electroquímicos que toman lugar durante su operación. En este trabajo se presenta la evaluación de dos prototipos de celdas de combustible de tecnología PEM que difieren, principalmente, en el área y diseño de los canales de flujo. Uno de los prototipos es de diseño comercial, con canales de flujo que representan 25 cm2 de área, en serpentín, lineal, tipo U (prototipo I) y, el otro, de fabricación endógena (en colaboración con el Laboratorio de Mecánica de la UTN), posee canales de flujo que representan un área de 9 cm2, en serpentín, no lineal, tipo Z (prototipo II). Para la prueba de los prototipos se construyeron ensambles MEA, mediante una técnica de pincelado desarrollada en nuestros laboratorios, utilizando como membrana polimérica Nafion 117, tela de carbono como medio de difusión de gases, y platino soportado sobre carbono grafitizado Vulcan XC-72, al 20%, marca E-TEK, como catalizador soportado. Los prototipos se sometieron a distintas condiciones operativas de presión, temperatura, humidificación y caudal. El mejor desempeño se logró con el prototipo I a una temperatura de celda de 40 ºC y temperatura de humidificación de H2 de 60 ºC (Figura 1). El prototipo II presentó altas corrientes de crossover comparadas con las reportadas en la literatura para membranas de Nafion 117, presentando un OPC por debajo del esperado para este tipo de celdas PEM y afectando el rendimiento de la misma (Figuras 2 y 3). Es posible que esta alta corriente de crossover se deba al pre- tratamiento aplicado a la membrana para la construcción de los electrodos utilizados en la evaluación de este prototipo. Esto aún se encuentra en estudio.Facultad de Ciencias Exacta

Performance of the SAC-C satellite electricity storage system

The analysis of telemetry data of the Argentine electricity storage system SAC-C satellite is presented. Diagnostic indicators were established in order to evaluate the in-flight performance of the satellite nickel-hydrogen batteries. The state of charge of the batteries was related to the hydrogen pressure. A predictive analysis allowed us to detect early failure of the electricity storage system.Fil: Garaventta, Guillermo Norberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Becker, María Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Barsellini, Diego Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Visintin, Arnaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Triaca, Walter Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; Argentin