1

ElectromovilidadTecnologías de alto impacto al sector energético

nacional

Ulises Cano-Castillo (D.Phil)

ucano@ineel.mx

2ineel.mx

CONVERSEMOS

Estatus Mexicano – 2019 Transversalidad de la Electromovilidad Gasolina vs. Electricidad Electromovilidad en INEEL ¿Qué viene?

3ineel.mx

• Producción combustibles a la baja• Importación de Gasolina• Importación de Gas Natural• Generar el 35% de electricidad con “energías

limpias” en 2024• reducir GEI en 25% - escenario BAU para 2030• ¿No diésel en CDMX?

Estatus Mexicano – 2019

4ineel.mx

CD de México

• >22M hab. >5 millones vehículos• Movilidad – peor índice de tráfico = 66%• Geografía desfavorable (valle 1,800 msnm)• Entre las más contaminadas (CO2, NOx, O3, PM10, PM2.5, etc.)• Social: transporte público vs particular• Transporte consume 43% de la energía del país

CDMX, invierno 2016

0

1,000,000

2,000,000

3,000,000

4,000,000

5,000,000

6,000,000

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018

Número de Vehículos en CDMX

Total Cars Buses Utility Vehicles Motorcycles

4

Emisiones: cambio climático, salud

5ineel.mx

GUADALAJARA31-07-2019

CD PUEBLA31-01-2019

mala calidad del aire: No exclusiva a CDMX

6ineel.mx

Transversalidad de la electromovilidad

Sectores Ambiental y Salud• Cero emisiones móviles por transporte• Aire más limpio, ahorros en programas• Ciudadanos más sanos• Menor gasto en salud• Mejor calidad de vida

7ineel.mx

Transversalidad de la electromovilidad

Sector Energía• Mayor Eficiencia energética: <30% gasolina vs 75-85% VE• Mejor uso de recursos naturales• Disminución en importación de energéticos ($$$)• Menor dependencia energética externa (soberania)• Disminución de inversiones: transporte de energía ($$$)

8ineel.mx

Transversalidad de la electromovilidad

Sector Eléctrico• Nuevas cargas eléctricas: ¿>demanda?, no necesariamente• Nuevas industrias: eléctricas (¿CFE, INA, CANAME, otras?)• Nuevos Retos Técnicos: Oportunidades x nuevos negocios• Nuevos mercados: venta de electricidad, equipos, mantto, etc• Nuevos Mercados y Figuras: nuevos modelos de negocio• Retos en normatividad y nuevas reglas

9ineel.mx

Vehículos a Gasolina convencionales

http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml

• Baja eficiencia (costo $)• Mín. posibilidad de

mejora• Combustibles fósiles

(Finitos, emisiones)• Vía No Sostenible

2015, mil millones autos

www.iea.org/etp/etpmodel/transport9

1010

V. Eléctrico a baterías - BEV

https://afdc.energy.gov/fuels/

Eficiencia: 75-85% VE

11ineel.mx

Fondo de sustentabilidad energética

Electromovilidad en INEEL

Proyecto

12ineel.mx

región trifásica

Celdas de Combustible - PEM

Electromovilidad en INEEL

Proyecto de I&DT

13ineel.mx

Celdas de Combustible – Generador Eléctrico

Celda Generador Sistema

13

Ciencia aplicada Ingeniería

14ineel.mx

Diseño y Manufactura – Celda Unitaria

• Quality• Reproducible• Cheap

Catalyzer InkSpraying

• Injecting Suspension to a Nozzle• Spraying System

(ultrasound/mechanical)• Carrier gas (P) - distance• Heated surface (evaporate solvents)• Cartessian robot (XY)

Variable Area (>600cm2), high production rate, sustrate: membrane or GDL, reproducibility

15ineel.mx

thickness

Pt content

performancevoltage-current curve

Q.C. y desempeño

16ineel.mx

Manufactura Planta de Potencia PEMFC

SubgasketReinforcesMEA

rigid dielectricprotects porosity

Seal polymer

Bipolar plates

Integration / assembly

17ineel.mx

Desempeño Planta de potencia

Voltage-currentPower

Pa=7-8 psi (pure H2)Pc=atm (fan assisted)No humidificationStoichiometry (1:4)T=65 C

Potentiostatic Condition

18ineel.mx

Balance de Planta (BOP) – autónomo y seguro

• Líneas flujo• Intercambio calor• Conexión/Conductores

• Válvulas (actuadores)• Sensores (flujo, T, P, H2)• Control Electrónico

19ineel.mx

SENER-CONACYT 152485, https://www.youtube.com/watch?v=LueKseWXEvM

Vehículo híbrido todo-eléctrico Utilitario

20ineel.mx

Capacidad: 1 ton Velocidad: 60km/h Autonomía: 60km (sólo H2) Hidrógeno: 0.4 kg Tanque H2 @ 2300psi Celda de Combustible 3kW

nominal Motor: 11kW Baterías: iones de litio Frenado Regenerativo (2

Supercapacitores)

21ineel.mx

• Patente INEEL MX 341695 B, PROCEDIMIENTO PARA LA ELABORACION DE ENSAMBLES MEMBRANA ELECTRODOS PARA LA FABRICACION DE CELDAS DE COMBUSTIBLE, 12/08/2016

• Patente INEEL MX 349707 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACIÓN DE TINTA ELECTROCATALITICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 30/06/2017

• Patente INEEL MX 348911 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACIÓN DE TINTA ELECTROCATALÍTICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 05/05/2017

• Patente INEEL MX 340359 B, DISPOSITIVO ATOMIZADOR PARA LA APLICACION DE TINTA ELECTROCATALITICA EN MEMBRANAS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE, 08/04/2016

• Patente INEEL MX/010535, MÉTODO DE ESTABILIZACIÓN MECÁNICA PARA MEMBRANAS DE INTERCAMBIO PROTÓNICO QUE PERMITE FABRICAR ENSAMBLES MEMBRANA ELECTRODO COMPLETAMENTE PLANOS Y SIN PLIEGUES

• Diseño Industrial INEEL MX 52384 B, 02/04/2018, MODELO INDUSTRIAL DE PLACA BIPOLAR DE CELDA DE COMBUSTIBLE CON CÁTODO CERRADO

• Diseño Industrial INEEL MX 50477 B, MODELO INDUSTRIAL DE PLACA BIPOLAR DE CELDA DE COMBUSTIBLE CON CATODO ABIERTO, 21/07/2017

• Patente INEEL MX 339035 B, SISTEMA DE HUMIDIFICACION PARA USO EN CELDAS DE COMBUSTIBLE POR MEDIO DE ULTRASONIDO CON CONTROL POR IMPEDANCIA ELECTROQUIMICA, 13/04/2016

• Patente INEEL MX 321509 B, SIMULADOR DE CARGAS RESIDENCIALES PARA LA EVALUACION DE UN GENERADOR DE CELDAS DE COMBUSTIBLE, 29/05/2014

Propiedad Intelectual:Transferencia Tecnológica / Licenciamiento / etc.

22ineel.mx

EXPERTPLAN S.A. de C.V.

Proyecto

23ineel.mx

• Revisión tecnológica de baterías de litio: banco baterías y cargador

• Desarrollo de recarga rápida p/maximizar ciclos de vida útil

MODUTRAM MÉXICO S.A de C.V.

Proyecto

24ineel.mx

Banco de Baterías

Celda Unitaria

Modulos

Vida Útil: 2-3 mil ciclos

Monitoreo/CTRL por Módulo

Battery Management System (BMS): comunicación, manejo de energía, equalización, carga y descarga

2525

Requerimiento del Desempeño de Baterías de litio

Expectativa de Vida según uso:≈ 8 años (familia)≈ 5 años (taxi, etc.)

26ineel.mx

MODUTRAM MÉXICO S.A de C.V.

Calcular, diseñar y especificar el sistema extensor de energía basado en celdas de

combustible tipo PEM para el vehículo eléctrico Autotrén GRT

Proyecto

27ineel.mx

Advanced Electric Transportation

Autonomous electric vehicle forpublic transport interested on:• Extending range• Improve BB (Li-ion) charging

time• Minimum effects on life cycles

Capacity Li-ion testing (pulse charging)Reconfigurable hybrid EV proof-of-

concept

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

Descarga 1 [V]

Descarga 2 [V]

Descarga 3 [V]

Tiempo [h]

Descarga: 0.2C, Vfinal:2.75 V @45oC

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

27

28ineel.mx

TECNOLOGÍA SOLAR DE MÉXICO S.A de C.V.

Proyecto

29ineel.mx

Proyecto

3030

Pruebas bajo estándares internacionales

31ineel.mx

Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica

Características del vehículo

ECE-15, NEDC, EUDC,HDUDDS, WLTC CLASS I, II, III.

Aplicación

3232

Requerimiento Energético y de Potencia

3333

Diseño de celdas de combustible Diseño de banco de capacitores

Diseño de banco de baterías

Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica

34ineel.mx

Vbus

driveri

Driver y Motor

cFCicBBi

cFCD_buck cBBD _boost cBBD

Dimensionamiento

Variables de salida Parámetros de operación

Diseño de E-híbridos

3535

Diseño de plantas de potencia para tracción eléctrica

3636

SoC de las baterías

Requerimiento de potencia

Ciclo de manejoAutonomía 60 kms, Ciclo de manejo WLTC Class I

Simulación de la planta de potencia para tracción eléctrica

37ineel.mx

EFECTO POLÍTICAS ANUNCIADAS EV30@30 (30% MERCADO)

Ventas globales 23 millones 43 millones

Inventario >130 millones >250 millones

Reducción petróleo 2.5 Mbd (127 Mtoe) 4.3 Mbd

Demanda eléctrica 640 TWh 1,110 TWH

Emisiones GHG* 230 MtCO2eq ¿Mix del sector eléctrico?

Reducción GHG* 220 MtCO2eq ¿Mix del sector eléctrico?

*well-to-wheelIEA, EV Outlook 2019

Análisis de Ciclo de Vida

3838

975.21707.86 841.77 943.28 872.90

2811.85

2041.00

1322.07846.76 1097.79

321.25

337.02

398.76

544.06546.85

4108.31

3085.88

2562.60

2334.112517.54

ICEV HEV PHEV BEV FCV

Consumo de Energía (kJ/km)

WTP OP M, M & S Total

2018

3939

66.2748.10

85.72112.44 125.69

150.52

109.49 44.06 0.000.00

21.54

23.00

27.0937.13

36.08

238.33

180.59

156.87 149.57161.77

ICEV HEV PHEV BEV FCV

CO2 equivalente por etapa (g/km)

WTP OP M, M & S

2018

40ineel.mx

Impacto a la red eléctrica

VEHÍCULOS A BATERÍAS RETOS: TIEMPO RECARGA, AUTONOMÍA (km)VEHÍCULOS A HIDRÓGENO RETOS: INFRAESTRUCTURA

Infraestructura

41ineel.mx

Construcción de comunidades

42ineel.mx

Recarga Sustentable

4343

• 2018 = 5.1 millones de VE (>2 millones que en2017)

• China-Europa-EUA. Noruega lider con participación del Mercado (46%)

• 260 millones 2-ruedas y 460,000 autobuses.• 5.2 millones de cargadores p/ligeros, de estos

540,000 publicos• En 2018 VE = 58 TWh (China)

Políticas: economía del combustible/emisiones, incentivos económicos, fiscales, desarrollo de infraestructura

¿Qué viene?

44ineel.mx

• 2040, 55% nuevos autos vendidos y 33% de la flota global seráneléctricos.

• China es el mayor mercado de VE -> 2040. • VE costos. Enganche será competitivo en 2024 (sin subsidio).• En 2029 precio de baterías alcanzarán paridad. • E-buses. Mercado que irá más rápido. • 2040 se desplazarán 7.3 MBD de combustibles fósiles en

transporte

https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/

EV Outlook 2018 - Bloomberg

45ineel.mx

Vehículos Eléctricos: Con Baterías, a Hidrógeno ó ambasVehículos Autónomos (Sensores, Conectividad, IoT)Transporte Contratado (Uber), Compartido, Etc.

45

Tendencias Tecnológicas

46ineel.mx

By Tyler Cowen

29 de abril

de 2019 10:00 a.m. CDT

4747

GRACIAS