Hidrógeno como Vector Energético

Hidrógeno como Vector Energético

• El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, pero no se encuentra libre en la Tierra, lo que lo convierte en un recurso que debe ser producido.
• La producción de hidrógeno puede llevarse a cabo a partir de agua, recursos fósiles, biomasa y microorganismos.
• Métodos de producción incluyen electrólisis, gasificación, reformado, fotoelectrólisis y fotobiología.

Ventajas del Hidrógeno

• La utilización del hidrógeno como vector energético aumenta la seguridad en el abastecimiento energético y mejora el acceso a la energía.
• Almacenable y transportable, el hidrógeno se puede comprimir, licuar, o almacenar en hidruros metálicos y compuestos químicos, aunque estas tecnologías son actualmente costosas.
• En su uso final, el hidrógeno solo emite vapor de agua, lo que lo hace intrínsecamente limpio.

Eficiencia de las Pilas de Combustible

• Las pilas de combustible convierten directamente la energía química en energía eléctrica sin pasos intermedios, logrando mayor eficiencia que los motores de combustión interna.
• No están limitadas por el ciclo de Carnot, permitiendo una conversión más efectiva de energía.

Tipos de Pilas de Combustible

• Existen diversas tecnologías de pilas de combustible, adecuadas para aplicaciones en transporte, generación estacionaria, telecomunicaciones y dispositivos portátiles, con rangos de potencia que van desde vatios hasta megavatios.
• Tecnología polimérica: Funciona entre 70 y 80 °C, con un rendimiento del 35 al 45%; útil para transporte y aplicaciones de baja potencia.
• Tecnología de óxidos sólidos: Opera a temperaturas de 800 °C, con un rendimiento del 50 al 65%.### Aplicaciones de las Pilas de Combustible
• Las pilas de combustible son modulares; el número de celdas determina la tensión total y el área la intensidad de corriente.
• A mayor número de celdas y área, mayor potencia total de la pila de combustible.
• Tienen mayor eficiencia en carga parcial que los motores de combustión interna y mantienen eficiencia a potencias bajas en comparación con turbinas de gas.

Propiedades del Hidrógeno

• Hidrógeno: elemento más ligero con densidad de 0.0899 kg/m³.
• Alto contenido de energía por unidad de masa: poder calorífico superior de 141 MJ/kg y inferior de 119 MJ/kg.
• Poder calorífico inferior del hidrógeno es tres veces mayor que el de la gasolina.
• Baja densidad energética por unidad de volumen; puede aumentarse al incrementar la presión o disminuir la temperatura.
• Su combustión solo genera agua, reduciendo las emisiones de carbono significativamente.

Economía del Hidrógeno

• El hidrógeno se considera un portador de energía flexible, producido a partir de diversas fuentes de energía primaria.
• Modelo económico que reemplaza combustibles fósiles por hidrógeno limpio y sostenible, aplicable en transporte, electricidad y calor industrial.
• Beneficios: reducción de emisiones de CO2, mayor sostenibilidad, y generación de empleo en sectores tecnológicos.

Producción de Hidrógeno

• Generación de hidrógeno puede provenir de fuentes renovables (electrólisis del agua) o no renovables (reformado, gasificación, etc.).
• La electrólisis descompone agua en hidrógeno y oxígeno usando electricidad; si es renovable, no emite gases de efecto invernadero.
• Se requieren 57 kWh de electricidad para producir 1 kg de hidrógeno, que equivale a 33.3 kWh de energía disponible.

Almacenamiento y Combinación con Otras Energías

• Hidrógeno se almacena en estado gaseoso comprimido para diversos usos, incluyendo repostaje de vehículos.
• Sistemas de inyección de hidrógeno en redes de gas natural buscan utilizar la infraestructura existente para facilitar la transición energética.
• Power to Gas: convierte electricidad excedente de fuentes renovables en hidrógeno, que puede transformarse en metano y almacenarse.

Aplicaciones del Hidrógeno

• Aplicaciones en transporte terrestre: vehículos pesados, marítimos y aéreos.
• Usos estacionarios para hogares, empresas e industrias: sistemas de respaldo y cogeneración.
• Microredes: integración de generadores y consumidores para un suministro eficiente y sostenible.

Ciclo de Hidrógeno y Almacenamiento

• El ciclo de hidrógeno incluye electrolizadores y pilas de combustible, almacenando gran energía sin necesidad de grandes espacios.
• Desafíos incluyen la compatibilidad de materiales y la gestión de la energía frente a cargas fluctuantes.

Tecnologías de Almacenamiento Energético

• Supercondensadores y baterías son cruciales para complementarse con pilas de combustible; responden de manera distinta a cargas.
• La recuperación de energía térmica es posible mediante cogeneración, que genera electricidad y calor de manera simultánea.

Micr Cogeneración y Pilas de Combustible

• Sistemas de micr cogeneración son eficientes: generan electricidad y calor simultáneamente.
• Pilas de combustible pueden funcionar con hidrógeno o gas natural, logran eficiencias mayores al 90%.
• En países asiáticos, como Japón y Corea del Sur, hay un interés creciente en estas tecnologías y sus objetivos son ambiciosos para su adopción.### Eficiencia y Uso del Hidrógeno Verde
• El hidrógeno verde es una fuente de energía renovable que elimina totalmente los gases de efecto invernadero durante su transformación.
• Su único residuo es agua, contribuyendo a la descarbonización del planeta.
• Al alinearse con políticas energéticas y climáticas, el hidrógeno verde tiene un futuro prometedor a nivel nacional e internacional.

Independencia Energética

• Permite la independencia energética al generar energía in situ y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
• Facilita la descentralización de la generación, donde cada vivienda puede actuar como una mini planta generadora.
• Promueve el autoconsumo y la posibilidad de inyectar energía a la red eléctrica.

Tecnología y Eficiencia Energética

• Equipos de hidrógeno ocupan un espacio similar a una caldera y son escalables en función de las necesidades energéticas.
• Un equipo comercial de 1.5 kW puede producir 1.5 kW térmicos, con una eficiencia de calor del 47% y eficiencia eléctrica del 47%, alcanzando una eficiencia global del 94%.
• Instalaciones como el Centro Nacional del Hidrógeno han demostrado resultados positivos y son populares entre los visitantes.

Normativas y Seguridad

• Existen normativas específicas para el almacenamiento de hidrógeno en aplicaciones estacionarias garantizando la seguridad de su uso.
• Las tecnologías cumplen con la reducción de emisiones de CO2 y regulaciones como el reglamento europeo de ecodiseño.

Proyectos Internacionales Destacados

• Instalaciones en hospitales para generar calor y electricidad mediante pilas de combustible.
• Proyectos de trigeneración y cogeneración en Nueva York, California y Corea del Sur han mostrado buenos resultados.
• En las Islas Orcadas, Escocia, el hidrógeno se utiliza para calefacción, energía y movilidad, producido mediante energía eólica.

Ejemplos de Implementación

• Proyecto piloto en el Reino Unido para integrar hidrógeno en la red de gas natural.
• “Deploy High” inyecta mezclas de hidrógeno y gas natural en universidades.
• En Noruega, el hidrógeno se utiliza para generar electricidad y calor en hogares locales.
• En Japón, se utiliza hidrógeno para mejorar la eficiencia energética de edificios.

Proyectos Innovadores

• El proyecto “Together” busca un sistema modular de generación y almacenamiento de energía basado en el ciclo de hidrógeno.
• “Improvement” se enfoca en aumentar la eficiencia energética de edificios públicos.
• “Green Island” implementa un valle de hidrógeno en Mallorca, utilizando pilas de combustible en hoteles y aplicaciones móviles.

Hidrógeno como Vector Energético

• Elemento más abundante del universo, no se encuentra libre en la Tierra, debe ser producido.
• Producción a partir de agua, recursos fósiles, biomasa y microorganismos mediante métodos como electrólisis y reformado.

Ventajas del Hidrógeno

• Aumenta la seguridad del abastecimiento energético y mejora el acceso a la energía.
• Almacenamiento y transporte en formas comprimidas, licuadas o en hidruros metálicos, aunque son costosas.
• Emisiones reducidas en el uso final, solo generando vapor de agua.

Eficiencia de las Pilas de Combustible

• Convierte energía química en eléctrica directamente, superando a motores de combustión interna en eficiencia.
• No está limitada por el ciclo de Carnot, lo que permite conversiones más efectivas.

Tipos de Pilas de Combustible

• Diversas tecnologías para aplicaciones en transporte, generación estacionaria y dispositivos portátiles.
• Tecnología polimérica: 70-80 °C, rendimiento del 35-45%, idónea para transporte y baja potencia.
• Tecnología de óxidos sólidos: 800 °C, rendimiento del 50-65%.

Aplicaciones de las Pilas de Combustible

• Modularidad: aumenta el número de celdas para mayor potencia total.
• Mejores eficiencias en carga parcial que motores de combustión interna, manteniendo eficiencia a bajas potencias.

Propiedades del Hidrógeno

• Elemento más ligero, densidad de 0.0899 kg/m³.
• Poder calorífico superior de 141 MJ/kg, inferior de 119 MJ/kg, siendo triple que el de la gasolina.
• Baja densidad energética por volumen, se puede aumentar con presión o bajas temperaturas.

Economía del Hidrógeno

• Portador de energía flexible, producido de diversas fuentes primarias.
• Modelo económico que sustituye combustibles fósiles por hidrógeno limpio, aplicable en transporte y generación de electricidad.
• Beneficios incluyen reducción de CO2, mayor sostenibilidad y creación de empleo en tecnología.

Producción de Hidrógeno

• Fuentes renovables (electrólisis) y no renovables (reformado, gasificación).
• La electrólisis requiere 57 kWh de electricidad para producir 1 kg de hidrógeno, equivalentes a 33.3 kWh de energía disponible.

Almacenamiento y Combinación con Otras Energías

• Almacenamiento en estado gaseoso, usado también para repostar vehículos.
• Sistemas de inyección de hidrógeno en redes de gas natural optimizan la infraestructura existente.
• Power to Gas convierte electricidad excedente en hidrógeno, que se puede transformar en metano.

Aplicaciones del Hidrógeno

• Transporte: vehículos pesados, marítimos y aéreos.
• Usos estacionarios en hogares e industrias, incluyendo sistemas de respaldo y cogeneración.
• Microredes para un suministro eficiente y sostenible.

Ciclo de Hidrógeno y Almacenamiento

• Incluye electrolizadores y pilas de combustible, almacenando gran energía de manera compacta.
• Desafíos en compatibilidad de materiales y gestión energética ante cargas fluctuantes.

Tecnologías de Almacenamiento Energético

• Supercondensadores y baterías complementan pilas de combustible con distintas respuestas a cargas.
• Cogeneración permite recuperación de energía térmica, generando electricidad y calor simultáneamente.

Micr Cogeneración y Pilas de Combustible

• Sistemas de micr cogeneración generan electricidad y calor con eficiencias superiores al 90%.
• Gran interés y objetivos ambiciosos para la adopción en países asiáticos como Japón y Corea del Sur.

Eficiencia y Uso del Hidrógeno Verde

• Hidrógeno verde es fuente de energía renovable, descarbonizando completamente su proceso.
• Residuo único de su uso es agua, alineándose con políticas energéticas y climáticas globales.

Independencia Energética

• Permite generar energía in situ, reduciendo dependencia de combustibles fósiles.
• Fomenta la descentralización energética, haciendo posible el autoconsumo y inyección a la red.

Tecnología y Eficiencia Energética

• Equipos de hidrógeno escalables, similar en espacio a una caldera.
• Un equipo de 1.5 kW puede generar 1.5 kW térmicos con 47% de eficiencia tanto térmica como eléctrica.

Normativas y Seguridad

• Existen normativas específicas para garantizar la seguridad en el almacenamiento de hidrógeno.
• Tecnologías cumplen regulaciones de reducción de emisiones y ecodiseño.

Proyectos Internacionales Destacados

• Instalaciones en hospitales que generan calor y electricidad con pilas de combustible.
• Proyectos de trigeneración en Nueva York, California y Corea del Sur muestran buenos resultados.
• En Escocia, hidrógeno producido por energía eólica se utiliza para calefacción y movilidad.

Ejemplos de Implementación

• Proyecto piloto en Reino Unido para la integración de hidrógeno en la red de gas natural.
• "Deploy High" mezcla hidrógeno y gas natural en universidades.
• En Japón, se utiliza hidrógeno para mejorar la eficiencia energética de edificios.

Proyectos Innovadores

• Proyecto “Together” desarrolla un sistema modular de generación y almacenamiento de energía basado en hidrógeno.
• “Improvement” busca aumentar la eficiencia energética de edificios públicos.
• “Green Island” crea un valle de hidrógeno en Mallorca, utilizando pilas de combustible en hoteles y aplicaciones móviles.

Este cuestionario explora la producción, ventajas y eficiencia del hidrógeno como vector energético. Aprenderás sobre los métodos de producción de hidrógeno y cómo se puede utilizar de manera sostenible. Además, se discute el papel que juegan las pilas de combustible en la conversión de energía.