HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO; TECNOLOGÍA Y …
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HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO; TECNOLOGÍA Y PERSPECTIVAS Ing. Quím. Nikolai Guchin Ing. Quím. Juan Tomasini
27 de agosto 2019
Seguridad
2
• Rutas de Salida
• Punto de Encuentro
• Alarmas programadas
https://goo.gl/images/DDZFJ6
CONTENIDO (AMPLIADO)
1. Introducción
Hidrógeno
Propiedades (físicas, químicas, diagrama de fases)
La importancia del hidrógeno en la descarbonización de la energía y en la transición energética
2. Producción
A partir de combustibles fósiles (SMR)
Electrólisis (tecnologías)
Otros
3. Celdas de combustible
Fundamentos
Aplicaciones en movilidad
4. Transporte y Almacenamiento
Tecnologías de almacenamiento (física /química)
Tecnologías de transporte
5. Estaciones de recarga
Características técnicas (módulos, ejemplos)
6. Seguridad y Normativa
Particularidades del H2
Estándares internacionales
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
CONTENIDO
1) Introducción
• Hidrógeno
• Propiedades
• La importancia del hidrógeno en la descarbonización de la energía y en la
transición energética
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
INTRODUCCIÓN - Hidrógeno
www.visualcapitalist.com/evolution-of-hydrogen-fuel-cells/hydrogen_1_v4/
Protio Deuterio Tritio https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Is%C3%B3topos_de_hidr%C3%B3geno#/media/Archivo:Hydrogen_Deuterium_Tritium_Nuclei_Sc
hematic.svg
99.985%
0.015%
En condiciones estándar: molécula H2 Orto- / Para- Hidrógeno aprox 75/25 (a bajas temperaturas predomina forma para-)
INTRODUCCIÓN / Hidrógeno
● El elemento más pequeño y liviano
● Descubierto en 1787
● “generador de agua”
● Gran impulso en los 60s para viajes
espaciales
● Investigación creciente
https://www.fuelcellbuses.eu/wiki/hydrogen-hydrogen-and-fuel-cells/hydrogen-powerful-and-light-weight
INTRODUCCIÓN / Hidrógeno
● El primer elemento creado en el
espacio luego del Big Bang
● El más abundante del universo (90%)
● Combustible de estrellas (fusión)
● En la Tierra principalmente como
parte de compuestos químicos
(hidrocarburos, agua, etc) https://www.bhphotovideo.com/explora/outdoors/features/space-sun-and-solar-viewing-facts-versus-fiction
Diagrama de fases del hidrógeno (Adolf et al 2017)
INTRODUCCIÓN / Propiedades
La importancia del hidrógeno en la descarbonización de la energía y en la transición energética
Acuerdo de París
• Goal: well below 2 °C / limit 1.5 °C
• Means decarbonization of all major industries !!!
• Developed countries such as Germany: GHG reduction of up to 95 % by 2050
Descarbonización del transporte
• Biocombustibles
• Combustibles sintéticos verdes (biomasa+FT)
• Vehículos cero emisiones (ZEV): BEV, FCEV, PHEV
• Organización del trafico
• Transporte masivo
• Reducción de peso de los vehículos
• Cambio de paradigma de la energía: sociedad descarbonizada!
Hidrógeno y energía
IRENA - Technology outlook for the energy transition 2018
Que significa PtoL/PtoG
El hidrógeno es un vector energético, no una fuente de energía
La refinería del futuro
INTRODUCCIÓN
IRENA 2018
1) INTRODUCCIÓN / IMPORTANCIA, DESCARBONIZACIÓN Y TRANSICIÓN ENERGÉTICA
“Hydrogen could be the missing link in the energy transition…”
(IRENA 2018)
Renovables / H2 : energía a sectores que de otra forma serían
difíciles de descarbonizar mediante electrificación:
- Industria (remplazo por H2 gris por H2 verde)
- Consumo final y potencia (inyección en red de gas / syngas)
- Transporte (FCEV)
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
• A partir de combustibles fósiles
• Electrólisis (tecnologías)
• Otros
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
A partir de combustibles fósiles • Petróleo (30%, reformado de gasolinas en refinerías, es cautiva)
• Gas Natural (48%)
• Carbón (18%)
• Nuclear
Fuente: ingenieriaquimica.net
A partir de combustibles fósiles
• Gas Natural – SMR – 900ºC (el más común y eficiente)
• LPG, Nafta, Keroseno-SR, ATR, Cracking-800ºC
• Hidrocarburos pesados-Pox-1100-1200ºC
• Carbón-Gasificación-1000ºC
• Metanol-SR, ATR-300ºC (el más fácil de reformar)
Fuente: Ariema
Características de los procesos de Reformado
• Procesos de alta eficiencia en conversión 70-90% • SMR: CH4(g) +H2O(g) --> 3H2(g) +CO(g) ΔH° (209°K) =206.14 KJ/mol
Gas de sintesis
• Siempre se produce CO+H2 excepto cuando se usa metanol
– por WGS: CO+H2O-----CO2+H2
Reacción de reformado es muy endotérmica Lenta (catalizadores Ni primeramente, Pt) Conversión limitada por el equilibrio Catalizador Ni/Al2O3 Temperaturas altas: 900-1000ºC, 20 Bar Resistencia a la temperatura (Mg, Ca) Perdida de carga en anillos Rasching
Fischer-Tropsch Combustible sintético
Metanol Hidrógeno
Reformado con vapor de agua
• Esquema de reactores
Fuente: Ariema
Diagrama del proceso
Boiler feed water
Pre-reformado adiabático
• Eliminación de compuestos de azufre (ZnO)
• Transforma hidrocarburos superiores presentes en el Gas Natural
• T=400-500ºC
• CnHm+n H2O------(n+1/2m)H2+nCO
PMO (Partial methane oxidation)
• CH4 + ½ O2------2H2 + CO (700ºC)
• Exotérmica (ΔH=-36 KJ/mol)
• Muy rápida
• No es necesario calentar agua
• Menores tamaños de reactores
• Relación H2/CO=2
• Estabilidad de los catalizadores
• Produce menos hidrógeno que SMR
• Deposición de coke
• Necesidad de una planta de oxígeno
DR (Reformado seco de metano)
• CH4 + CO2------2H2 + 2CO (900ºC)
• Muy endotérmica (ΔH=247 KJ/mol)
• Relación H2/CO=1
• Usada en conjunto con SR
• Valoración del coste del CO2
• Conversión menor que en SR o en POM
Procesos combinados (CH4+H2O+O2)
• ATR (auto thermal reforming)
• O2/CH4=0,6-0,65
• Combined Reforming (secondary reforming)
• O2/CH4=0,35-0,45
• Requieren una planta de oxígeno
• Relación H2/CO más apropiada
• Altas inversiones
Fuente: Ariema
Purificación de hidrógeno
• PSA: Pressure swing adsorption • Absorbe a presiones altas y desorbe a P baja
• Membranas • Membrana de Pd, 100% selectiva a 600ºC solo permite pasaje de H2
• Criogenia • El hidrogeno es el último en condensar
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
• A partir de combustibles fósiles
• Electrólisis (tecnologías)
• Otros
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
2 Producción - Electrolisis
ELECTROLIZADOR ALCALINO
• Cátodo: 2 H2O + 2 e- 2 OH- + H2
• Ánodo: 2 OH- H2O + 1/2 O2 + 2 e-
• Global: H2O H2 + 1/2 O2
Solución de KOH o NaOH para otorgar buena conductividad iónica
Eficiencia > 70% (calor)
Agua (KOH) en circuito cerrado
El calor liberado se elimina con el agua
Conjunto de placas
• Celdas en serie
• Mejora de rendimiento, celdas más cercanas
1,7 V por celda
Para producir 1Nm3/h se necesitan 4,9-5,6 KWh
>500 KW - 75% del coste es el precio de la electricidad
<100 KW costo de equipos es relevante
Configuración de un electrolizador
99,999%
Cat. Ni
Enfría
Balance de planta: gestiona el electrolito
Electrolizadores alcalinos
• Solución acuosa de KOH o NaOH
• KOH da más conductividad a igual concentración
• Es usual emplear mezclas
• Deseable usar agua tratada (sin Cl, sin Sulfatos). Conductividad menor a 5micro-Siemens
• A mayor temperatura, mayor conductividad del electrolito, menores sobrepotenciales y mayores eficiencias. Pero mayor degradación.
• Rango habitual 70-80°C para KOH y 50-70ºC NaOH
• Los electrodos utilizados pueden ser de hierro para el cátodo y de acero aleado con níquel para el ánodo
• Los rendimientos dependen también del diseño del electrodo, geometría y química de los mismos.
Electrolizador PEM • Seguridad ambiental ausencia de
electrolito (KOH)
• Diseño compacto
• Elevadas densidades de corriente y presiones de operación (10Barg)
• La principal desventaja es la vida útil de la membrana y su costo
• No son tan maduros como los electrolizadores alcalinos. Se espera que sus características mejoren (coste, capacidad, eficiencia y vida útil).
• Electrolito solido
Ventajas
Electrólisis
• Alta pureza del H2 (pilas de combustible)
• Producción in situ
• Buen comportamiento con variaciones de producción
• Modularidad
• Equipos aun costosos
• Precio dependiente del costo de electricidad
Desventajas
Fuente: Ariema
Alcalino y PEM
Futuros desarrollos
• Se busca aumentar la temperatura o la presión de salida
• Grandes avances en los electrolizadores de óxido solido como electrolito.
PRODUCCIÓN
ATA Webinar - El Hidrógeno Verde en Chile 20 junio 2019; https://atainsights.com/materiales-del-webinar-el-hidrogeno-verde-retos-y-oportunidades/
Otros métodos verdes • Biomasas (gasificación y reformado, fermentación oscura)
• Hidráulica
• Eólica
• Fotovoltaica
• Solar • electrólisis
• Termólisis
• Fotocatálisis
Fuente: Ariema
Otros termoquímicos • Termólisis agua(>2500 °K)
H2O----H2+1/2O2
• Método de Carlo Rubia
• Ciclos tipo UT-3
Fuente: Ariema
Otros termoquímicos
Otros métodos • Fermentación oscura (digestión anaerobia)
• Célula de electrólisis microbiana (MEC) Genera hidrógeno al aplicar una corriente a las bacterias
• Photoelctrochemical Water Splitting utiliza materiales semiconductores sumergidos en un electrolito acuoso para convertir la energía solar directamente en energía química en forma de hidrógeno
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
• Fundamentos
• Aplicaciones en movilidad
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
Fundamento celdas de combustible
• Dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía química en energía eléctrica
• Dos semi-reacciones redox en dos electrodos
Funciones
• Electrodos: semi reacción y conducción de los electrones
• Electrolitos transportan iones, separan reactantes anódico y catódico
• Potencia=VxI
Ánodo Cátodo
Dificultades constructivas
• Electrolito conductor de iones pero no de electrones, separa reactantes
• Electrodos conductor de electrones
• Electrodo soporte del catalizador (bajas temperaturas)
• Electrodo poroso a gas (permeable)
• Capa de difusión de gases (hidrófoba)
• Gestión uniforme de productos y calor
Fuente: Ariema
Construcción de una pila de combustible
• Apilar celdas para lograr P requerida
• Es lo que se llama stack
• Tiene que prever circulación de gases, eliminación de Q
CELDAS DE COMBUSTIBLE / FUNDAMENTOS
Diferencias con máquinas térmicas
• Eficiencia teórica máquina térmica ciclo Carnot:
• Eficiencia teórica celda de combustibles: cambio de energía libre de Gibbs
calor de la reacción
Energía química
Combustible+oxidante Energía eléctrica
Pila de combustible
Energía térmica Energía mecánica
Comparación de eficiencias fuel cell - combustión interna
Mayor eficiencia a carga parcial
Tecnologías de pilas de combustible
Eficiencia y potencia instalada
Fuente: Elaboración propia a partir de ENEA, www.enea.it
10KW 100 KW 1MW
40%
50%
60%
Comparación
Nivel de madurez de las tecnologías
Celdas
• Alta eficiencia
• Emiten agua solamente
• Modularidad
• Gran potencial de mejora eff.
Balance de planta
Fuente: Ariema
Otras: Celdas de metanol (DMFC)
• Anteriormente solo en aplicaciones pequeñas
• Celulares, etc
• Nuevo desarrollo altas T
• 130 °C
• Catalizador anodico
• Oxidación directa
Otras: Celdas de óxido sólido (SOFC)
• Potencias de 1 a 250 KW
• Electrolito de oxido metálico no poroso (oxido de zirconio e Ytrio)
• Opera a altas temperaturas (800-1000ºC) (Reformado interno)
• Alta eficiencia eléctrica (60%)
Aplicaciones FCEV
Avances en movilidad
Autonomía 750 Km
Tiempo de recarga: <5 min
Potencia electrica: 100KW
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES A MOVILIDAD
https://www.h2-view.com/story/study-finds-fcev-more-climate-friendly-than-bev-if-range-is-250km-or-more/
THOMAS C E. (2009).
Study finds FCEV “more climate-friendly” than
BEV if range is 250km or more
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES A MOVILIDAD
http://www.transportengineer.org.uk/transport-engineer-features/government-and-eu-
funded-trials-for-hydrogen-fuel-cell-buses/213784/
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES A MOVILIDAD
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES ESTACIONARIAS
Reformador interno
Usan GN o C3 MCFC
Generación distribuida: 2,8 MW
Gas Natural
Eff: 47%+/-2
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES EN MICROGENERACION
Japón
Aplicaciones compactas
• Cogeneración con alta eficiencia (87%)
• Reformador de gas natural
CELDAS DE COMBUSTIBLE / APLICACIONES PORTATILES
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
• Tecnologías de almacenamiento
• Tecnologías de transporte
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
ALMACENAMIENTO
Fuente de Energía
Renovable
El ciclo de vida del hidrógeno a partir de energía renovable, modificado de (Koroneos et al 2004)
Producción de H2
Uso del H2
Energía Útil
Almacenamiento Transporte
Ambiente
O2
H2
H2O H2O
O2
H2
ALMACENAMIENTO
https://www.usinenouvelle.com/article/l-ere-hydrogene-peut-enfin-debuter.N861245
El hidrógeno puede ser almacenado en grandes cantidades por largos períodos de tiempo
El desafío está en aumentar la densidad volumétrica de la energía
ALMACENAMIENTO
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Energy_density.svg
https://networks.online/gphsn/news/1001670/hydrogen-testing-facility#.XR-ZIaM1HmE.twitter
ALMACENAMIENTO
• Físico
• Comprimido
• Frío/Crio Comprimido
• Líquido
• Materiales • Hidruros • Líquidos orgánicos • Adsorbentes • Otros / Química
• Subterráneo
• Cavernas de sal • Medios porosos
• Gasoductos
75
Comparación de varios métodos de almacenamiento (Niaz, Manzoor, and Pandith 2015)
ALMACENAMIENTO
76 Densidad del hidrógeno en función de la temperatura para varias presiones de almacenamiento (Stetson, McWhorter, and Ahn 2016).
ALMACENAMIENTO FÍSICO
Consumo energético: compresión: 9 – 12%
(350 – 700 bar) Licuefacción: 30%
77
ALMACENAMIENTO FÍSICO
Diagrama de fases del hidrógeno (Adolf et al 2017)
78
• Tipo I: Todo metal (menor costo pero mayor masa, usado en aplicaciones estacionarias y también de baja presión)
• Tipo II: Encamisado metálico con recubrimiento de
material compuesto “composite” (por ejemplo fibra de carbono) alrededor de la sección cilíndrica.
• Tipo III: Encamisado metálico con recubrimiento
completo de composite. • Tipo IV: Encamisado no metálico (por ej. polietileno
de alta densidad) con recubrimiento completo de composite (menor masa y alto costo, usado para altas presiones y aplicaciones móviles).
Tipo I y II: Densidad gravimétrica aprox. 1 - 2%
ALMACENAMIENTO - CGH2
BARTHÉLÉMY H. (2012). Hydrogen storage - Industrial prospectives. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 37, No. 22, p. 17364-17372.
79
ALMACENAMIENTO - CGH2 – Tanques tipo IV
https://www.thechemicalengineer.com/features/hydrogen-transport/
80
ALMACENAMIENTO - CGH2 – Tanques tipo IV
@ 700 bar: buena densidad volumétrica y gravimétrica comparada con otras formas de almacenamiento
https://www.thechemicalengineer.com/features/the-unbearable-lightness-of-hydrogen/
81 NEL: 500kg a 200 bar
Air Products: aprox. 165 – 536 bar
Air Products: 206 bar
Para aplicaciones estacionarias, la solución más usada es la de tanques de acero. El almacenamiento con composite se utiliza principalmente cuando la superficie disponible es limitada y/o se requieren presiones mayores a 400 bar
ALMACENAMIENTO - CGH2
Diagrama de fases del hidrógeno (Adolf et al 2017)
82
Cuando el hidrógeno se enfría por debajo de los -253°C (20K), pasa a estado líquido. Una vez licuado, el hidrógeno puede mantenerse líquido en tanques aislados y en condiciones de vacío.
ALMACENAMIENTO - LH2
83
En estado líquido, el hidrógeno es incoloro y no es corrosivo. Ventaja: • densidad del líquido
• LH2: 70.8 kg/m3 (@ 1 bar) • CGH2: <40 kg/m3 (@ 800 bar) Obstáculos técnicos:
• El alto consumo de energía durante la licuefacción
• La aislación térmica del tanque de hidrógeno líquido es difícil de
lograr
ALMACENAMIENTO - LH2
84
Air Products: 5.7 – 95 m3 ( 400 – 6700kg) (para orientación vertical u horizontal) Linde: 400 – 5000kg
ALMACENAMIENTO - LH2
85
• CGH2
• LH2
• Hidrogenoducto
• Hidruros metálicos
• LOHC
• Gasoducto (Mezcla con CH4 y posterior
purificación)
TRANSPORTE
86 Métodos de abastecimiento de hidrógeno a estaciones de recarga (Ballard 2018)
TRANSPORTE
• 200 bar
• 400 kg
• 200.000 Euros
• 20-30 años
• Mantenimiento/inspección 10-15 años
• OPEX anual = 4% de la inversión inicial
(TRACTEBEL-HINICIO 2017)
87
(para distancias <320km)
TRANSPORTE - CGH2
• aprox. 455 bar
• 200kg/tráiler.
88
TRANSPORTE - CGH2
https://fuelcellsworks.com/news/hygear-expands-its-hydrogen-trailer-fleet-in-europe/
TRANSPORTE - CGH2
• 4000kg/tráiler.
90
TRANSPORTE - LH2
91
Soluciones de transporte según el tipo de proyecto de estación de recarga (Ballard 2018)
TRANSPORTE - ESCALA
TRANSPORTE
• NH3
• MeOH
• LOHC
TRANSPORTE – OTROS / CARRIERS LÍQUIDOS
https://www.hydrogenious.net/index.php/en/thereleaseunit/ https://www.hydrogenious.net/index.php/en/products/thestorageunit/#anchor_storageunit_sseries
Chiyoda (SPERA) • Desarrollo de catalizador propietario para deshidrogenación • Demostración tecnológica
TRANSPORTE – LOHC
Covalion Dibenziltolueno
57 kg H2/ m3 LOHC
(Hydrogenious)
TRANSPORTE – LOHC
• Uso de infraestructura existente
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
• Características técnicas (módulos, ejemplos)
6) Seguridad y Normativa
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
• Tres formas de implementar:
• Integradas a una EESS existente
• Standalone
• Solución móvil
97
https://www.h2-view.com/story/hydrogen-mobility-europe-reaches-key-milestone/
- Tiempo de carga
98
• 139 en Europa (56 en Alemania)
• 118 en Asia (96 en Japón)
• 68 en América del Norte(65 en
EE.UU)
• 1 en Oceanía (Australia)
>327 @2018
https://www.netinform.net/h2/h2stations/h2stations.aspx
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
99
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
Número de HRS al final de 2018 (Apostolou 2019)
100
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
https://www.weforum.org/agenda/2019/06/the-clean-energy-of-the-future-is-already-here/
101
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
Evolución de número de HRS y FCEVs/HRSs en Europa(Apostolou 2019)
102
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
Pronósticos respecto a número futuro de HRSs (Apostolou 2019)
103
ESTACIONES DE RECARGA DE HIDRÓGENO (HRS)
Tipo de estaciones de recarga de hidrógeno en EEUU (NREL 2018)
104
Módulos componentes de las estaciones de recarga de hidrógeno (Adolf et al 2017)
HRS - MÓDULOS
105 Estación de recarga de StratosFuel en California http://www.stratosfuel.com/copy-of-our-network
HRS - MÓDULOS
Reuter et al 2017b Reuter et al 2017
HRS - MÓDULOS
107
• 20 – 200 bar • Los mismos trailers de CGH2 pueden servir
Hidrógeno gaseoso comprimido entregado en una estación a escala de demostración (Fase 1 de aprox. 5 buses) (Ballard 2018);
HRS - ALMACENAMIENTO A BAJA PRESIÓN
108
Hidrógeno líquido entregado en una estación a escala piloto (Fase 2 de entre 5 y 20 buses) (Ballard 2018)
HRS - ALMACENAMIENTO A BAJA PRESIÓN
109
Varios tipos: - Pistón
- Aire comprimido
- Diafragma
- Iónico
Subir a 800 – 1000 bar para almacenamiento previo
(Presión final en el vehículo 350 o 700 bar)
Módulo conteniendo el compresor, separador, unidad refrigerante y banco de almacenamiento a alta presión. De “Linde standard hydrogen filling station with IC90 compressor - 2014” (https://youtu.be/usaQrCDORFY)
HRS - COMPRESORES
110
- Presiones intermedias (200 – 450 bar) - Altas presiones (800 – 1000 bar)
• Cascada
• Booster
HRS - ALMACENAMIENTO A ALTA PRESIÓN
https://nelhydrogen.com/product/fs001/
111
El dispensador incluye el pico y la manguera para entregar el hidrógeno al tanque del vehículo. Asimismo contiene la interfaz con varias pantallas indicando presión, nivel de llenado y cantidad medida, etc.
http://www.stratosfuel.com/
Dispensadores de NEL
HRS - DISPENSADOR
https://www.powertechlabs.com/services-all/hydrogen-fueling-station
112
• T tanque a bordo < 85 °C (protocolo SAEJ2601 ) • Para 700 bar, pre-enfriado a – 40 °C
En el caso de que el hidrógeno se encuentre almacenado en forma líquida, se utiliza un evaporador desde el cual puede introducirse directamente en el tanque del vehículo sin requerir enfriamiento previo
HRS - SISTEMA DE ENFRIADO
113
http://www.airproducts.com/Industries/Energy/Power/Power-Technologies/product-list/fuel-cells-back-up-power-power-technologies.aspx?itemId=C04607398F2D4D1E9A61EDFC6CAF4DE4
Air Products (SmartFuel ™) con capacidad de hasta 110kg para aplicaciones como recarga de hidrógeno para autoelevadores.
HRS - SOLUCIONES MÒVILES
114
Esquemas de los tres tipos principales de estaciones y sus costos aproximados (https://h2stationmaps.com/costs-and-financing )
HRS - CAPEX
https://www.google.com/maps/search/hrs+blue+hydrogen+paris/@48.8645136,2.3019554,138a,35y,0.24t/data=!3m1!1e3?hl=es-419
HRS - EJEMPLO
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
• Particularidades del H2
• Estándares internacionales
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
https://es.wikipedia.org/wiki/Desastre_del_dirigible_Hindenburg#/media/Archivo:Hindenburg_disaster.jpg
Tecnologías del Hidrógeno y perspectivas para Chile, segunda edición, Vásquez et al, mayo 2019
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
Tecnologías del Hidrógeno y perspectivas para Chile, segunda edición, Vásquez et al, mayo 2019
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
● 14 veces más liviano que el aire (20 m/s) ● Llamas irradian baja energía ● No tóxico ● No contaminante ● 3 veces menos inflamable que el vapor de gasolina ● temperatura de autoignición 2x vapor de gasolina ● Menos energía por unidad de volumen
https://blog.ballard.com/hydrogen-safety-myths
● Mayor rango de inflamabilidad que otros combustibles
● Llama invisible ● No detectable por los sentidos humanos
Cuadro de análisis de seguridad (Aprea, 2008)
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
https://myusf.usfca.edu/environmental-health-safety/nfpa-hazard-diamond
https://www.praxair.com/-/media/corporate/praxairus/documents/sds/hydrogen/hydrogen-gas-h2-safety-data-sheet-sds-p4604.pdf?la=en
NFPA Rating
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
Tanques extremadamente robustos
SEGURIDAD - PARTICULARIDADES DEL H2
• Hace más de 80 años se utilizan grandes cantidades de hidrógeno de forma segura como materia prima de la industria química y como gas industrial
• El conocimiento de las propiedades del hidrógeno es fundamental para su manejo
seguro.
• Aplicado ese conocimiento, el hidrógeno es un energético seguro (incluso más seguro que los combustibles líquidos)
SEGURIDAD Y NORMATIVA - ESTÁNDARES INTERNACIONALES
Existen y están bien establecidos los estándares, códigos y regulaciones relativas al almacenamiento, distribución y uso para industria. Para la siguiente década, se espera un crecimiento del uso de hidrógeno como vector energético para mercados de consumo. En ese sentido el desarrollo de códigos y estándares son esenciales para el desarrollo de los mercados para productos y sistemas relacionados con el hidrógeno (Blake, 2007). Por otro lado, varios países no han definido todavía su marco regulatorio (Pique et al., 2017).
SEGURIDAD Y NORMATIVA - ESTÁNDARES INTERNACIONALES
ISO TC 197:
- Estándares y
reportes
- Producción
- Almacenamiento
- Uso
- publicados 20
- desarrollando 7 más.
ISO/TC 22 – Road Vehicles
SC37 Electrically propelled road vehicles
(BEV, hibridos, FCEV):
- publicados 21
- desarrollando 15 más
SC41 Specific aspects for gaseous
fuels
SEGURIDAD Y NORMATIVA - ESTÁNDARES INTERNACIONALES
ISO 14687-2:2012 - Hydrogen fuel -- Product specification -- Part 2: Proton exchange
membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles
ISO/TR 15916:2015 - Basic considerations for the safety of hydrogen systems
ISO/TS 19880-1:2016 - Gaseous hydrogen -- Fuelling stations -- Part 1: General
requirements
ISO 22734-1:2008 - Hydrogen generators using water electrolysis process -- Part 1:
Industrial and commercial applications
ISO 23273:2013 - Fuel cell road vehicles -- Safety specifications -- Protection against
hydrogen hazards for vehicles fuelled with compressed hydrogen
SEGURIDAD Y NORMATIVA - ESTÁNDARES INTERNACIONALES
NFPA 2 – Hydrogen Technologies Code:
Este código provee los resguardos fundamentales para la
generación, instalación, almacenamiento, tuberías, uso y
manejo de hidrógeno comprimido o líquido.
NFPA 55 – Compressed Gases and Cryogenic Fluids Code:
Facilita la protección contra peligros fisiológicos, por sobre-
presurización, explosivos y por flamabilidad asociados con gases
comprimidos y criogénicos. Este código incorpora los ya
retirados NFPA 50 A / 50 B– Standard for Gaseous / Liquefied
Hydrogen Systems at Consumer Sites.
SEGURIDAD Y NORMATIVA - ESTÁNDARES INTERNACIONALES
J2601/3_201306 - Fueling Protocol for Gaseous
Hydrogen Powered Industrial Trucks
J2601/2_201409 - Fueling Protocol for Gaseous
Hydrogen Powered Heavy Duty Vehicles
J2719_201511 - Hydrogen Fuel Quality for Fuel Cell
Vehicles
SEGURIDAD Y NORMATIVA / ESTÁNDARES INTERNACIONALES
https://h2tools.org/sites/default/files/IntroToH2FCandSafetyConsiderations_Sept2018.pdf
CONTENIDO
1) Introducción
2) Producción
3) Celdas de Combustible
4) Transporte y Almacenamiento
5) Estaciones de Recarga
6) Seguridad y Normativa
REFERENCIAS ADOLF J, BALZER C, LOUIS J, SCHABLA U, FISCHEDICK M, ARNOLD K, … SCHUWER D. (2017). « Shell Hydrogen Study; Energy of the Future? Sustainable Mobility through Fuel Cells and H 2 ». Hamburg. Consulté à l’adresse www.shell.de APOSTOLOU D, & XYDIS G. (2019). A literature review on hydrogen refuelling stations and infrastructure. Current status and future prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 113, No. May, p. 109292. APREA J L. (2008). Hydrogen energy demonstration plant in Patagonia: Description and safety issues. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, p. 4684-4691. BALLARD. (2018). Hydrogen Fuelling for Fuel Cell Bus Fleets - Flexible Fuelling Solutions for European Transit Operators - White paper (US version). BARTHÉLÉMY H. (2012). Hydrogen storage - Industrial prospectives. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 37, No. 22, p. 17364-17372. BLAKE C. (2007). « A National Agenda for Hydrogen Codes and Standards ». Consulté à l’adresse http://www.osti.gov/bridge KORONEOS C, DOMPROS A, ROUMBAS G, & MOUSSIOPOULOS N. (2004). Life cycle assessment of hydrogen fuel production processes. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 29, No. 14, p. 1443-1450. THOMAS C E. (2009). Fuel cell and battery electric vehicles compared. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, No. 15, p. 6005-6020, août. STETSON N T, MCWHORTER S, & AHN C C. (2016). 1 - Introduction to hydrogen storage. Elsevier Ltd. doi:10.1016/B978-1-78242-362-1.00001-8 IRENA 2019; Hydrogen From Renewable Power – Technology Outlook for Energy Transition, September 2018; www.irena.org NIAZ S, MANZOOR T, & PANDITH A H. (2015). Hydrogen storage: Materials, methods and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 50, p. 457-469. NREL. (2018). Next Generation Hydrogen Station Composite Data Products: All Stations (Retail and Non-Retail Combined) Data through Quarter 4 or 2017. Consulté à l’adresse https://www.nrel.gov/docs/fy18osti/71644.pdf PIQUE S, WEINBERGER B, DE-DIANOUS V, & DEBRAY B. (2017). Comparative study of regulations, codes and standards and practices on hydrogen fuelling stations. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 42, p. 7429-7439. Reuter B., Faltenbacher M., Schuller O., Whitehouse N., Whitehouse S.; New Bus Refuelling for European Hydrogen Bus Depots; Guidance Document on Large Scale Hydrogen Bus Refuelling; 2017 VÁSQUEZX RODRIGO, SALINAS F, & DEUTSCHE GESELLSCHAFT FUR INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT (GIZ) GMBH. (2019). « Tecnologías del HIDRÓGENO y perspectivas para Chile ». Consulté à l’adresse https://www.4echile.cl/4echile/wp-content/uploads/2018/04/LIBRO-TECNOLOGIAS-H2-Y-PERSPECTIVAS-CHILE.pdf
“…There is plenty of room for improvements and innovations in this
fascinating topic, and many aspects where chemical engineers can
add value…”
The Unbearable Lightness of Hydrogen, The Chemical Engineer 2019,
https://www.thechemicalengineer.com/features/the-unbearable-lightness-of-hydrogen/