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.