Post on 14-Jul-2015
La Tecnologia de l’hidrogen. La Tecnologia de l’hidrogen. Estudi d’una Pila de Estudi d’una Pila de
CombustibleCombustible
Laia Pàmies Gual
IntroduccióIntroducció
Situació energètica actual
Energies renovables i hidrogen
Les Piles de combustibleLes Piles de combustible
Característiques- Transformen l’energia química en energia elèctrica
- Produeixen electricitat de forma indefinida- No tenen parts mòbils- La vida útil de la pila depèn de la degradació dels seus components- L’únic residu és aigua- Formades per tres capes adossades
Les piles de combustibleLes piles de combustible
Funcionament
H2 → 2H+ + 2e-
(reacció anòdica)
½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O
(reacció catòdica)
H2 + ½ O2 → H2O
- Amb Hidrogen purificat
- Amb oxigen de l’aire
Parts de la PilaParts de la Pila Elèctrodes Porosos (difusió gasosa)
- Elèctrode de doble capa
- Equilibrar la pressió del gas
- Elèctrode hidròfob
Parts de la PilaParts de la Pila
Electrolit– És un polímer o un líquid– Determina el tipus de pila (AFC, DMFC, PAFC, PEM,
MCFC i SOFC)
– Conductivitat elevada– El gruix de la capa ha de ser el menor possible
– Per a piles d’hidrogen es recomana: Dissolucions alcalines Membranes intercanviadores de ions
Parts de la PilaParts de la Pila
Catalitzadors– Disminueixen l’energia d’activació de la reacció
- Normalment són de Platí
Rendiment de la PilaRendiment de la Pila
- Depèn de molts factors:a) Sobrevoltatge:
- Per activació
- Sobrevoltatge òhmic
- Per concentració
- Rendiment teòric: 85%
b) Proporció i distribució dels gasos dins de la membrana electrolítica
c) Superfície ocupada pel catalitzador, etc.
Aplicacions de les PilesAplicacions de les Piles
- Sistemes industrials
- Sistemes comunitaris
• Aplicacions estàtiques
• Aplicacions portàtils- Ordinadors, mòbils, etc.
- Transport (PEM)
Producció de l’hidrogenProducció de l’hidrogen• Oxidació parcial
• Reformació d’hidrocarburs
• Electròlisi de l’aigua
• Electròlisi gravitacional
• A partir d’energies renovables
• Fonts biològiques
• Bacteriolisis
• Energia solar
• Energia eòlica
• Biomassa
• Hidroelèctrica
• Geotèrmica
• Fotoelectrolisi de l’aigua
• Processos fotoquímics
• Descomposició tèrmica directa
• Cicles termoquímics
• Electròlisi fotovoltaica
Reacció endotèrmica
Producció de de CO i CO2
L’engegada del procés en fred és molt lenta
S’obtenen altes concentracions d’hidrogen Eficiència del 81%Costos baixos (0,032-0,064 €/kWh)
Reformació d’hidrocarburs amb vapor d’aigua
Producció de CO i CO2
Concentració d’hidrogen insuficient per les piles de combustible Necessita oxigen pur Costos de 0,05-0,08 €/kWh
Reacció exotèrmica Es treballa a P elevades (compactació) Eficiència del 70% Ràpid temps d’engegada
Oxidació parcial
INCONVENIENTSAVANTATGES
Sistema patentat i poc conegut Menys despesa energètica Eficiència del 90%
Electròlisi gravitacional
Gran despesa energètica Costos de producció de l’hidrogen: 0,32 €/kWh-0,48€/kWh (electròlisi+energia solar) Eficiència del 65-70%
Alimentada per energies renovables No es produeixen emissions de cap gas contaminant
Electròlisi
Rendiment dels aerogeneradors: 10-45% Per obtenir hidrogen s’ha de fer l’electròlisi Impacte ambiental Costos de producció de l’hidrogen: 0,16-0,20€/kWh
Aprofitament de l’energia cinètica del vent No hi ha emissions de gasos contaminants Rendiments alts si es formen parcs eòlics
Energia eòlica
Rendiment de les cèl·lules solars: 12-15% Per obtenir hidrogen s’ha de fer l’electròlisi Costos de producció de l’hidrogen: 0,32-0,48€/kWh
Utilització de recursos naturals, autòctons, abundants i gratuïts Tecnologia a l’abast
Emissions de CO i CO2 nul·les Absència de línies elèctriques
Energia solar
INCONVENIENTSAVANTATGES
Hidrogen a partir d’energies renovablesHidrogen a partir d’energies renovables
Només representa un 0,1% de l’energia mundial
S’obté electricitat a partir de l’aigua calenta i el vapor de les profunditats de la Terra Energia neta
Energia geotèrmica
Dificultat de purificació de l’hidrogen Costos de producció de l’hidrogen: 0,096-0,16 €/kWh
Obtenció de l’hidrogen a partir de derivats de productes orgànics
Biomassa
Impacte visual La construcció d’una presa pot ser un obstacle per la migració d’alguns animals Possible incidència sobre zones d’especial protecció natural Costos de producció de l’hidrogen: 0,16€/kWh
Aprofitament de l’energia potencial associada als salts d’aigua Enorme potencial d’aprofitament Energia neta
Energia hidràulica
INCONVENIENTSAVANTATGES
Costos elevats Es necessita un procés de purificació Procés en proves
Obtenció d’hidrogen a partir d’aigües residuals Forma barata de produir hidrogenEmissions de diòxid de carboni nul·les
Bacteriolisis
Mètode molt experimental Rendiment del 10%
Obtenció de l’hidrogen a partir d’algues (hidrogen biològic) Baix cost
Fonts Biològiques
INCONVENIENTSAVANTATGES
Fonts biològiques i bacteriòlisisFonts biològiques i bacteriòlisis
Introducció de l’hidrogen al Introducció de l’hidrogen al mercatmercat
Vindrà donada per les empreses automobilístiques Principals inconvenients:
– Costos i producció de l’hidrogen– Dilema clàssic de “l’ou i la gallina”
Pla de Comercialització de l’Hidrogen
– Format l’any 1998 per la National Hydrogen Association (EEUU)
– Planteja els principals inconvenients que hi ha per implantar l’hidrogen i es busquen solucions
ConclusionsConclusions
Les piles de combustible són una bona alternativa a les bateries convencionals (produeixen electricitat de forma continuada, eficiències altes, més ecològiques, etc)
En els vehicles, les piles de combustible són una bona solució als motors de combustió interna (més eficiència energètica i menys impacte ambiental)
L’hidrogen és un vector energètic i permet emmagatzemar energia a través d’ell. És un portador d’energia.
La entrada de l’hidrogen al mercat es farà de forma progressiva, i s’obtindrà primerament per reformació d’hidrocarburs.