1.PROYECTO NACIONAL DE AREA ESTRATEGICA SOBRE HIDROGENO

2.PLANTA PILOTO DE PRODUCCION DE HIDROGENO

3.RED CYTED SOBRE HIDROGENO

HIDROGENO

PROYECTO DE AREA PROYECTO DE AREA ESTRATEGICAESTRATEGICA

PAEPAE

HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE

(CUATRO AÑOS)

AGENCIA NACIONAL DE PROMOCION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA

HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTTRANSPORTE (CUATRO AÑOS)

INSTITUCIONESINSTITUCIONES

CONICETCONICET

CNEACNEA

UBAUBA

GRUPOS DE I+D+IGRUPOS DE I+D+I

CAB (CNEA)CAB (CNEA)

CAC (CNEA)CAC (CNEA)

CINDECA (CONICETCINDECA (CONICET--UNLP)UNLP)

CITEFACITEFA

INCAPE (CONICETINCAPE (CONICET--UNL)UNL)

INGAR (CONICETINGAR (CONICET--UTN)UTN)

INIFTA (CONICETINIFTA (CONICET--UNLP) UNLP)

INTEQUI (CONICETINTEQUI (CONICET--UNSL)UNSL)

LPC (FIUBA)LPC (FIUBA)

PLAPIQUI (CONICETPLAPIQUI (CONICET--UNS)UNS)

EMPRESASEMPRESAS

ENARSAENARSA

INVAPINVAP

EDENOREDENOR

OTORGADO

PME: 3.700.000 $

PID: 3.000.000 $

PICT: 3.000.000 $

PRH: 3.000.000 $

PRAMIN: 600.000 $

+100 PERSONAS, +100 PERSONAS, ENTRE ENTRE INVESTIGADORES INVESTIGADORES Y BECARIOSY BECARIOS

SANTA FE

BUENOS AIRES

LA PLATA

BAHIA BLANCA

SAN LUIS

BARILOCHE

EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICOEL HIDREL HIDRÓÓGENO COMO VECTOR ENERGGENO COMO VECTOR ENERGÉÉTICOTICO

Uso en

dispositivos

Renovable

limpio

AlmacenamientoProducción Purificación Compresión Transporte

H2

Celda decombustible

H2O

Reformador Purificador H2

Almacenamiento

O2

H2

H2Combustible

Subproyecto 2

Subproyecto 4

Subproyecto 3Subproyecto 1

PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)

Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia

Gas de síntesis MCFC & SOFC PAFC

Amoniaco

Metanol

2O or Air

PROXCO < 10 ppm

Heat Supply

2HCO

2

2

4

COH OCH

Reformer Unit2 5

2

C H O HH O

PEFC

WGS Shift CO < 2 %

PEM (Pilas de membrana polimérica) Fuentes móviles. Automóviles y aplicaciones portátiles.

SOFC (Pilas de óxido sólido)Aplicaciones estacionarias y móviles, potencia auxiliar para vehículos.MCFC (Pilas de carbonato fundido)Aplicaciones estacionarias y marinas.

PAFC (Pilas de ácido fosfórico)Aplicaciones estacionarias.

PLANTA PILOTO DE PRODUCCION DE HIDROGENO

CINDECA. Desarrollo de catalizadores para el reformado de hidrocarburos livianos y oxidación preferencial de CO

INTEQUI. Desarrollo de catalizadores para el reformado de alcoholes

INCAPE. Reactores no convencionales para la generación y purificación de hidrógeno

LPC-FIUBA. Estudio cinético de las reacciones involucradas en la producción y purificación de hidrógeno obtenido a partir del reformado catalítico de alcoholes

SUBPROYECTO 1Desarrollo de catalizadores y procesos para producir hidrDesarrollo de catalizadores y procesos para producir hidróógeno geno

de alta purezade alta pureza

CINDECAReformado HC

COPROX

INCAPEMicro-reactores

Reactores de membrana

INTEQUIReformado de alcoholes

LPCCinéticaCOPROX

Gas de agua

Personal involucrado: Investigadores: 20 Becarios doctorales: 14 Apoyo: 4

VinculaciVinculacióón interna de los n interna de los PICTsPICTs

Equipamiento solicitado

PME 87: Espectrómetro Raman-FTIR confocal para estudios in situ (operando) de sistemas catalíticos generadores de hidrógeno, equipado con celda-reactor que opera hasta 1000o C.

Monto total: $ 1.080.000.

PME 71: Sistema automático de caracterización de catalizadores mediante las técnicas de quimisorción por pulsos TPD/TPR/ TPO/TPRS y para el análisis de especies emergentes.Monto total: $475.500 Monto otorgado: $410.000

H2

Celda decombustible

H2O

Reformador Purificador H2

Almacenamiento

O2

H2

H2Combustible

Subproyecto 2

Subproyecto 4

Subproyecto 3Subproyecto 1

PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)

Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia

SUBPROYECTO 2

Grupos integrantesGrupos integrantes::

INGAR – Instituto de Desarrollo y Diseño (CONICET-UTN)Grupo de Ingeniería de Procesos

PLAPIQUI (UNS – CONICET) Grupo Reactores Químicos

LABORATORIO DE PROCESOS CATALITICOS (UBA)

Ingeniería de Procesos y Reactores. Desarrollo a escala piloto

INGAR:•Modelado y métodos para la síntesis y diseño óptimos. Aplicaciones a procesos basados en energías alternativas.•Síntesis de Procesos Integrados. H2 a partir de(Bio)Etanol•Diseño de planta piloto de producción y purificación de Hidrógeno 1 kW y de prototipo de 5 kW

PLAPIQUI:Diseño y análisis de Reactores de Membrana para Water

Gas Shift Reaction (WGSR)

Estudio de reactores de membrana para alimentacióncontrolada de reactivos: Reformado autotérmico

Análisis dinámico de un tren de reactores catalíticos para producción de H2 a partir de etanol

Estudio de reactores estructurados para generación y purificación de H2

CONICET

LPC-FIUBA

Diseño de los reactores catalíticos que componen el tren de producción y purificación de hidrógeno a partir de etanol

Montaje y operación de planta piloto de producción y purificación de Hidrógeno 1 kW y de prototipo de 5 kW

H2

Celda decombustible

H2O

Reformador Purificador H2

Almacenamiento

O2

H2

H2Combustible

Subproyecto 2

Subproyecto 4

Subproyecto 3Subproyecto 1

PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)

Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia

SUBPROYECTO 3

Celdas de Combustible

Grupos Integrantes

• Comisión Nacional de Energía Atómica (Centros Atómicos Constituyentes y Bariloche)

• Centro de Investigaciones en Sólidos CINSO (CONICET-CITEFA)

• Universidad Nacional del Sur• LPC-FIUBA• INCAPE

Objetivos:

•Construcción y puesta a punto de celdas de combustible PEM en el ámbito de potencias de 1 a 5 kW

•Construcción de módulos de baja potencia de celdas SOFC que puedan ser escalables para prototipos de potencia intermedia

Líneas temáticas: - Desarrollo y caracterización de materiales para electrolitos, cátodos y ánodos de celdas PEM.- Desarrollo de ensamblados ánodo-electrolito-cátodo para pilas PEM.- Desarrollo de ingeniería básica y conceptual para un prototipo de celdas PEM de potencia (1- 5 kW).- Desarrollo de placas electrolito-electrodo-materiales de interconexión para la fabricación de los dispositivos monopila, soportados sobre el electrolito o sobre el ánodo.

- Desarrollo de módulos de celdas SOFC de potencias del orden de 50 W que puedan ser alimentadas con hidrógeno conteniendo mas de 10 ppm de CO.

PAE 36985SubProyecto 4

COMPRESION Y ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO

Uso de hidrógeno como vector de energíaProblemas• volumen del gas en CNPT• difícil de comprimir en forma mecánica• seguridad y transporte• energía y T para licuarlo

Materiales formadores de hidruros

SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno

SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno

Tecnología en desarrollo por más de 20 años

Intermetálicos: lantánidos (baja capacidad en peso), útiles en compresión

Aleaciones de Mg (alta temperatura, baja estabilidad)

SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno

SP4

Grupos involucrados

1) Fisicoquímica de Materiales (CAB)

2) Metalurgia (CAB)

3) INIFTA (La Plata)

Investigadores: 22

Estudiantes de posgrado: +10 (más 5 becas solicitadas)

Proyectos

PICT (4)

PME (1)

PRH (5)

SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno

Proyectos

1) MATERIALES METALICOS Y NANOESTRUCTURADOS PARA ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO EN FORMA DE HIDRUROS

2) DISEÑO DE FUENTES DE HIDROGENO BASADAS EN EL USO DE HIDRUROS METALICOS

3) DISEÑO DE ALEACIONES PARA COMPRESION DE HIDROGENO EN EL RANGO 30 - 100 BAR

4) ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO EN SISTEMAS BASE Mg

PLANTA PILOTO DE PRODUCCION Y PURIFICACION DE HIDROGENO A PARTIR DE

ETANOL

DIQ-FIUBA-Universidad de Buenos AiresInstituto de Desarrollo y Diseño

CONICET-UTN Santa Fe

Gas de síntesis MCFC & SOFC PAFC

Amoniaco

Metanol

2O or Air

PROXCO < 10 ppm

Heat Supply

2HCO

2

2

4

COH OCH

Reformer Unit2 5

2

C H O HH O

PEFC

WGS Shift CO < 2 %

PEM (Pilas de membrana polimérica) Fuentes móviles. Automóviles y aplicaciones portátiles.

SOFC (Pilas de óxido sólido)Aplicaciones estacionarias y móviles, potencia auxiliar para vehículos.MCFC (Pilas de carbonato fundido)Aplicaciones estacionarias y marinas.

PAFC (Pilas de ácido fosfórico)Aplicaciones estacionarias.

Esquema del proceso de reformado de etanol con vapor. Usos y aplicaciones

OBJETIVOOBJETIVO

DESARROLLAR Y PATENTAR LA TECNOLOGIA DE PRODUCCION Y PURIFICACION DE HIDROGENO A

PARTIR DE ETANOL

FABRICAR Y PATENTAR LOS CATALIZADORES INVOLUCRADOS

EN EL PROCESO

METODOLOGIAMETODOLOGIA

1. EQUIPO A ESCALA LABORATORIO: PREPARACION, CARACTERIZACION Y EVALUACION DE CATALIZADORES. MEDIDAS CINETICAS.

2. DISEÑO DE REACTORES, DISEÑO CONCEPTUAL E INTEGRACION ENERGÉTICA DE UNA PLANTA PILOTO DE 1 kW Y OTRA DE 5 kW

3. EQUIPO PLANTA PILOTO DE 1 KW: VALIDAR LA ESTABILIDAD, ACTIVIDAD Y SELECTIVIDAD DE LOS CATALIZADORES . VALIDAR LOS MODELOS DE DISEÑO DE REACTORES4. EQUIPO PLANTA PILOTO DE 5 kW: VALIDAR EL DISEÑO Y ANALIZAR LA OPERABILIDAD DEL SISTEMA PARA CONTROL Y PUESTA EN MARCHA

CATALIZADORESCATALIZADORES

• REFORMADO DE ETANOL CON VAPOR: C2H5OH + 3H2O = 2CO2 + 6H2

Metales nobles: rutenio, rodio, platinoMetales de transición: Níquel, cobalto

• WATER GAS SHIFT (WGS): CO + H2O = CO2 + H2

Catalizador comerciales de cobre (Cu/Zn/Ba/Al)Ctalizadores de cobre/niquel/ceria

• COPROX: CO + ½ O2 = CO2 H2 + ½ O2 = H2O

Metales nobles: PtCatalizadores de cobre/ceria

DISEÑO DE REACTORES

(para una pila de 1kW)

REACTORES: Síntesis para 1 kW y pureza grado PEM

REACTORLECHO FIJO

VOLUMEN (LITROS)

REFORMADOR 2,4

WGS 1,5

COPROX 0,2

Integración Energética

( )elec

FC addfuel fuel fuel

PLHV f f

η =+

Potencia eléctrica neta del sistema

La eficiencia neta del sistema η se define como la potencia eléctrica netaproducida por el sistema (obtenida sustrayendo de la energía total producida, la energía eléctrica necesaria para operar los equiposauxiliares como bombas y compresores) dividida por el valor caloríficoinferior (LHV) de todo el etanol consumido (etanol de proceso + etanolcombustible).

Eficiencia neta del sistema integrado

Etanol procesado en el reformador

Valor calorífico inferior del etanol Etanol usado comocombustible

Condición Operativa óptimaCondiciones Óptimas del ReformadorTemperatura: 709 °CRelación Molar Agua/Etanol: 4Eficiencia Neta: 38%Eficiencia del Procesador: 80.5%

INVESTIGADORESDra. Norma AMADEOIng. Graciela BARONETTIDra. Beatriz IRIGOYENDr. Miguel LABORDEDra. Susana LARRONDODr. Fernando MARIÑODra. Lorena BERGAMINITco. Roberto TEJEDA

DOCTORANDOSIng. Betina SCHÖNBRODIng. Verónica MASIng Pablo GIUNTAIng. Laura DIEUZEIDEIng. Máximo MORENOIng. Adriana ROMEROALUMNOSCecilia GraschinskyLucas GrossoJoaquín UboguiIgnacio LleraDr. Matías Jobbagy (INQUIMAE)

INGARINGAR

IntegrantesIntegrantes

Grupo de Ingeniería de Procesos

Dr. Pio Aguirre (director)

Dr. Miguel Mussati

Dr. Javier Francesconi

Ing. Roberto Mato

Dr. Eduardo Miró

Ing. Diego Oliva

RED DE H2 EN IBEROAMRED DE H2 EN IBEROAMÉÉRICARICA

HIDROGENO: PRODUCCIHIDROGENO: PRODUCCIÓÓN Y PURIFICACIN Y PURIFICACIÓÓN; N; ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTEALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE

H2PPATH2PPAT

(2007-2010)ENERGIA

Energías alternativas y renovableshttp://www.redhidrogenocyted.com.ar/

DIQ-FIUBA-Universidad de Buenos Aires

PARTICIPANTES

ARGENTINA

CENTROS DE CONICET:CINDECA -INCAPE -

INGAR INIFTA - INTEC –

INTEQUIPLAPIQUI UBA - CAB - ENARSA

10 GRUPOS 70 INVESTIGADORES

BRASIL

•UNIVERSIDADES DE: SALVADOR; PERNAMBUCO; FEDERAL DE BAHIA; FEDERAL DE RIO DE JANEIRO

•INSTITUTO DE TECNOLOGIA

5 GRUPOS15 INVESTIGADORES

BOLIVIAUNIVERSIDAD MAYORDE SAN ANDRES (5)

CHILE

UNIVERSIDAD DE CHILE (7)

COSTA RICA

INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA (1)

COLOMBIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER (8)

CUBA

UNIVERSIDAD DE LAS VILLAS

UNIVERSIDAD DE CAMAGUEY

GRUPO EMPRESARIAL AGROINDUSTRIAL DE VILLA CLARA

3 GRUPOS

20 INVESTIGADORES

ESPAÑA

INSTITUTO DEL CARBÓN

UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO

UNIVERSIDAD DEL REY JUAN CARLOS

UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA

INSTITUTO POLITECNICO DE VALENCIA

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID

6 GRUPOS

67 INVESTIGADORES

PORTUGAL

LABORATORIO DE PROCESOS DE SEPARACION Y REACCION -UNIVERSIDAD DE PORTO

FACULTAD DE INGENIERIA-UNIVERSIDAD DE PORTO

2 GRUPOS

18 INVESTIGADORES

VENEZUELA

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

2 GRUPOS

9 INVESTIGADORES

• Producción: procesos, materias primas, reactores y catalizadores

• Purificación de hidrógeno grado celda: procesos, catalizadores y reactores.

• Almacenamiento y transporte: materiales, procesos.

• Seguridad en el manejo del hidrógeno.

TEMAS A DESARROLLAR EN LA RED

•MOVILIDAD DE INVESTIGADORES: Asistencia acongresos, estancias cortas en centros de la red

•ORGANIZACIÓN DE CURSOS, JORNADAS PUBLICACIONES

•Proyectos CYTED

METODOLOGIA

2007

• 2do Congreso Argentino y 1er. Congreso del MERCOSUR sobre Hidrógeno y Fuentes sustentables de Energía (HYFUSEN), Posadas, Argentina,

• XV Congreso Argentino de Catálisis, organizado por CINDECA (instituto que forma parte de la red) La Plata

2008• Curso sobre Producción y Purificación de Hidrógeno. Buenos Aires,

agosto 2008 (40 ALUMNOS)• Presentación de proyecto al CYTED sobre Catalizadores para

Producción de Hidrógeno (No otorgado)

ACTIVIDADES

ACTIVIDADES2009•Curso sobre Producción, Purificación, Almacenamiento y Transporte de Hidrógeno. Oviedo, España, 20 de abril (80 ALUMNOS)•Organización del XVI Congreso Argentino de Catálisis, Buenos Aires, 3 de agosto•Escuela Argentina de Catálisis, Buenos Aires, 31 de julio• Presentación de dos proyectos al CYTED sobre producción y Purificación de Hidrógeno (No otorgados)

2010 (programadas)• Publicación de un informe sobre las Perspectivas del Hidrógeno en Iberoamérica• Publicación de un libro compilando las conferencias de los cursos realizados en BsAs y Oviedo• Impartir el curso sobre Hidrógeno en la región de América Central y el Caribe •Presentación de tres proyectos al CYTED sobre Producción, purificación y almacenamiento de Hidrógeno

PRESUPUESTO: 35.000 EUROS/AÑO

+ de 200 investigadores+ de 30 grupos10 países

GRACIAS POR SU ATENCIONGRACIAS POR SU ATENCION

REFORMADO DE ETANOL CON VAPORREFORMADO DE ETANOL CON VAPOR

REACCION ENDOTERMICA,

PRESION ATMOSFERICA, T= 550-700ºC,

Reacciones múltiples

Productos finales: CH4, CO, CO2, H2

Posible formación de carbón

La relación agua/etanol puede definir el balance térmico del sistema

Alcohol

H2O54%

9%19%

10%

8%

H2 CO2 H2O Inertes CO

CONVERSION DE CO (LTWGSR)

CO + H2O = CO2 + H2

UNA SOLA REACCION EN JUEGO

Controlada por el equilibrio

Reacción ligeramente exotérmica, Presión atmosférica, T = 180-250 ºC

Catalizador de Cu/Zn/Ba/Al2O3 COMERCIAL

El catalizador se desactiva lentamente por efecto de la temperatura

Alternativa: catalizador de Cu/Ni/CeO2

WGSR

62%

15%

11%

10%2%

H2 CO2 H2O Inertes CO

54%

9%19%

10%

8%

H2 CO2 H2O Inertes CO

Distribución de productos adecuada para pilas de alta temperatura

OXIDACION PREFERENCIAL DE CO OXIDACION PREFERENCIAL DE CO (COPROX)(COPROX)

REACCION MUY EXOTERMICA ,

PRESION ATMOSFERICA, T = 120-250 ºC

DOS PUNTOS CLAVES:

ENCONTRAR CATALIZADORES QUE SEAN ACTIVOS Y FUNDAMENTALMENTE SELECTIVOS!

DISEÑO ADECUADO DEL REACTOR

O2

CO + ½ O2 ↔ CO2

H2 + ½ O2 ↔ H2O

62%

15%

11%

10%2%

H2 CO2 H2O Inertes CO

PEMFC

H2 grado celda

Caudal de Hidrogeno vs. Temperatura

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

500 550 600 650 700 750

Temperatura [ºC]

QH

2 [m

3 /h]

Caudal líquido= 11,9 ml/min R = 6,5Masa de catalizador = 15,00 g masa de inerte = 75,00 gFVN2 = 0,16 m3/h

Rendimiento de Hidrógeno a distintas relaciones

molares agua – etanol

Caudal líquido= 11,9 ml/min Temperatura = 650ºCMasa de catalizador = 15,00 g masa de inerte = 75,00 gFVN2 = 0,16 m3/h

Conversión de etanol vs tiempo

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

0:00:00 12:00:00 24:00:00 36:00:00 48:00:00 60:00:00

Xe

Caudal líquido= 11,9 ml/min Temperatura = 650ºCR = 5,5 Masa de catalizador = 15,00 gMasa de inerte = 75,00 g FVN2 = 0,16 m3/h