Producción de hidrógeno en el sitio de recarga de los móviles. Las dificultades y costo para transportar el hidrógeno gaseoso están llevando en la actualidad a desarrollar los sistemas de producción al sitio de recarga. Esta tendencia podrá cambiar de acuerdo a los progresos que se hagan en el almacenamiento y transporte.
Esto ha traído los sistemas de hidrogenación directa para mejorar la eficiencia de los motores actuales. Se trata de incluir hidrogeno a partir de agua en la explosión de un motor de combustión interna que deja como resultado: La potencia del motor se incrementa hasta en un 6%. El consumo se reduce en hasta un 9-12%. Las emisiones de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono se reducen en hasta un 50-80%.  http://www.hy-drive.com/

12.6.2- Procesos de producción del hidrógeno, fuera del ciclo carbono.

12.6.2.1- Producción de hidrógeno electrolítico: Red eléctrica (cualquier origen. En fase vapor requiere menos energía) y fuera de red: solar, eólica y nuclear (en fase vapor).         H2O <=>  H2 + ½O2
12.6.2.2- Producción de hidrógeno H2 de gasificación.
Se realiza de diferentes combustibles incluyendo el carbón en cuyo caso se obtiene hidrógeno 50%, metano 26% y otros gases algunos tóxicos incluyendo 7% de CO, por lo que requiere otros pasos de purificación.
12.6.2.3- Producción de hidrógeno a partir de gas natural.
CH4 + H2O <=> CO + 3H2    Produce gas de síntesis (syngas)
12.6.2.4- Producción de hidrógeno de alcoholes o hidrocarburos líquidos.
Muchos ciclos químicos y termoquímicos.
12.6.2.5- Producción de hidrógeno por oxidación de hidrocarburos pesados.
CnHm + H2O + O2 <=> H2 + CO +CO2
12.6.2.6- Otros: Gasificación de residuos, craqueo de metanol, fotólisis, foto-catalizadores, foto-sintetización en algas, vegetales u organismos fotosintéticos,  solar sobre óxidos semiconductores, ciclos termodinámicos de alta temperatura y ciclos termoquímicos.
Actualmente la producción aproximada de hidrógeno proviene 79.5 % de gas natural y petróleo, 19.5 % de carbón, 0.5% por electrólisis y 0.5% de otros.

12.6.3-Plantas de generación de Hidrógeno.

La producción de hidrogeno se esta desarrollando en diferentes tamaños de acuerdo  a las necesidades así: mínimas que incluyen a) pequeñas a partir de energía eléctrica, residuos metanizables o eólicas (incluye rotores MagLev de última generación), b)medianas en villas y poblaciones , c)industriales, d)municipales y e)regionales. Para ilustrarlo listaremos ejemplos con un pequeño resumen.
En México hay 36 plantas para la generación del hidrogeno, que producen 16797 Toneladas/año. 25 operan con Gas Natural, 6 con propano y 5 con electrólisis.
a)Pequeñas
Las Vegas Valley Water District, el organismo encargado de gestionar las canalizaciones de agua que abastecen a la ciudad ha puesto en marcha la primera estación de servicio producción y entrega de hidrógeno alimentada por energía solar que producirá combustible para su flota de vehículos.
http://es.motorfull.com/2007/04/16/las-vegas-instala-su-primera-hidrogenera-alimentada-con-energia-solar/
b)Medianas
PraxAir de Argentina ofrece sistemas modulares de generación de hidrógeno on sitio para producir desde 80 a 800 metros cúbicos por hora.
http://www.praxair.com/sa/ar/arg.nsf/AllContent/22ADC0588B475B2B85257132006A9172?Open

Document&URLMenuBranch=57A4DA28D4A4A8D8852571330077E4C4
c)Industriales.
Primer centro piloto para la producción de hidrógeno con energía eólica de en El Perdón en Galar, Provincia de Navarra en España, junto al parque eólico de Aizkibel, generará hidrógeno equivalente a 30.000 litros de gasolina al año. Con cada 350kwh + 60 litros de agua el electrolizador lo convierte en 60 m3 de hidrógeno equivalente a 20 litros de gasolina.
http://www.diariodenoticias.com/ediciones/2006/12/22/vecinos/cuenca/d22cue29.768879.php
d)Municipales
? En febrero de 2008 en el Parque Eólico de Sotavento, en el municipio Lucense de Xermade y el Coruñés de Monfero, se inauguró la primera planta de producción y almacenamiento de hidrógeno de Europa con una inversión próxima a los 1,7 millones de euros. Ha sido destinada a suplir demanda adicional y/o no producción del parque cólico.
http://noticias.ya.com/local/galicia/10/02/2008/planta-produccion-hidrogeno.html
? En 2005 Argentina se inauguro una Planta Experimental Escuela fabrica de Producción de Hidrógeno eólica usando uno de los 4 aerogeneradores de 600 kW en terreno municipal de Pico Truncado (Zona Norte de la Provincia de Santa Cruz. Tiene capacitación técnica y universitaria producción, almacenamiento, laboratorio, taller y ensayos de prototipos para las diversas aplicaciones del hidrógeno como combustible.
http://www.h2truncado.com.ar/
e)Regionales
200802 Australia inicia la primera planta de producción de hidrógeno para operar celdas de combustible alimentada por energía solar de Solar Systems mejorando la eficiencia de 60 a 140 wats de hidrógeno al partir de 100 w de solar precalentando el agua a 1.000º C previo a la electrólisis. http://es.motorfull.com/2008/02/24/australia-tendra-la-primera-planta-de-produccion-de-hidrogeno-alimentada-por-energia-solar/

12.6.4- Novedades en generación de hidrógeno. Estado de la investigación.

Galio Aluminio. Investigadores de Purdue University de Indiana han desarrollado recientemente tecnología que descompone agua directamente en hidrógeno y oxígeno sin energía externa haciendo fluir el líquido a lo largo de una aleación de aluminio 80 - galio 20. Básicamente, el oxígeno es pegado al aluminio y el H2 burbujea permitiendo su recolección. El galio que es hoy un subproducto de extracción de metales (Al) se usa como antioxidante del aluminio únicamente.  Esta opción resulta muy interesante en móviles de cualquier tipo al eliminar el transporte y almacenamiento del hidrógeno.

Fotólisis: Proceso de separación del hidrógeno del agua de forma natural, dicho proceso modificado en fase experimental en la Universidad Estatal de Pensilvania, mediante un catalizador combinado con un tinte naranja, que imita los procesos de oxidación del agua que se produce en los vegetales durante la fotosíntesis, obtiene hidrógeno sólo con agua y luz solar, con eficiencia del 10-15%.

 

 

Nanoptek ha mejorado (reconocido mediante premio del U.S. DOE) la eficiencia del proceso de fotólisis, desarrollando un fotoelectrodo con nano - estructuras de titanio, que es barato, tiene vida larga y eficiencia más alta en convertir la luz del sol en hidrógeno. Las nano - estructuras excitadas por la luz solar producen grandes tensiones a escala nano en el titanio, sobre la estructura cristalina,  causando que la sujeción de los electrones sean debilitados en tal estructura y expulsados fuera del titanio con luz de menor energía, es decir la visible.  Estos electrones entonces inducen la producción de hidrógeno, lo que es conocido como “bandgap engineering” y produce que la fotocatálisis del titanio por Nanoptek sea fotoactiva en el color azul visible y 6 veces ser más eficiente que la luz del sol sobre el titanio simple, que solo usa la escasa parte ultravioleta (UV) del espectro solar. El rendimiento del titanio de Nanoptek mejora con la temperatura así que el calor del sol puede incrementar la eficiencia del proceso de fotólisis, reduciendo costo.  Definitivamente, es un proceso muy prometedor para gran producción, barato y requiere menos energía que otros procesos.     http://www.nanoptek.com/technology.html

 

Hydrogen Solar ha desarrollado una mejora tecnológica para producir hidrógeno de alta pureza en porcentajes competitivos comercialmente. Usando ciencia bien conocida y materiales baratos, la compañía Tandem Cell™ de la compañía puede separar el agua directamente en combustible de hidrógeno puro y oxígeno sin energía externa. Las celdas son construidas en arreglos de diseño modular que se puede ensamblar a cualquier tamaño. Hydrogen Solar Ltd recibió de SEEDA (agencia de desarrollo del sureste de Inglaterra) una donación para investigación de £70,000 sobre películas foto activas nano oxido de hierro mediante Tandem Cells™ para sus uso en tecnología solar. El premio se recibe en el trabajo reciente por hidrógeno solar sobre los óxidos de hierro de foto activos que muestran una eficiencia de conversión de luz del sol a hidrogeno del 2.1 % con un máximo teórico de 20 %. Los objetivos de programa en 18 meses es  levantar esta eficiencia. Ver el enlace:
http://www.hydrogensolar.com/index.html

Dos investigadores del MIT (Daniel Nocera y Matthew Kanan) han conseguido un sistema sencillo, y sobre todo barato, para separar el H2 (hidrógeno) del agua (H2O) mediante energía solar y el uso de un nuevo catalizador. El problema de la producción de hidrógeno está en el proceso de ruptura de la molécula de agua, se invierte al menos la misma energía en separarla que la que produce ese hidrógeno posteriormente. Pero las cosas van a cambiar, ya que los investigadores del MIT antes citados, han descubierto un sistema por el cual es posible separar el hidrógeno mediante electrólisis tomando la energía eléctrica necesaria de paneles solares. Los paneles fotovoltáicos solares ya se utilizan en la producción de hidrógeno, el descubrimiento radica en el uso de un catalizador fabricado con fosfato e iones de cobalto. El sistema emula el proceso de fotosíntesis de las plantas, ya que tras descomponer la molécula de agua mediante electrólisis, los iones de cobalto consumidos se vuelven a regenerar y actúan de nuevo de forma cíclica. Ver el enlace a continuación:
http://www.motordehidrogeno.net/gran-hallazgo-consiguen-separar-el-hidrogeno-del-agua-de-forma-simple-y-muy-barata

12.6.5- Almacenamiento del hidrógeno

El hidrógeno se debe almacenar como gas, líquido criogénico, o sólido como hidruros metálicos u otros. Es muy grande y costoso el esfuerzo que se realiza en su investigación ya que el almacenamiento y transporte impone una de las grandes restricciones al desarrollo de esta tecnología. Adaptar lo existente en gas natural adaptándose a las condiciones especiales del hidrógeno es un camino que algunos están recorriendo con éxito donde los compresores y la estabilidad de las tuberías parecen ser los componentes mas importantes.
Como gas. El almacenaje se realiza de muy diferentes formas dependiendo de las presiones a las que se este acumulando las cuales van desde la presión mínima de una atmósfera (14.7 p.s.i.) hasta 850 atmósferas (12500 p.s.i. prototipo Dynetek Industries). Es importante anotar que el hidrógeno a muy alta presion se comporta como un metal y también puede disolver el carbono del acero (metaniza CH4) cambiándole sus propiedades.  Existen tanques o depósitos metálicos, de plásticos reforzados, tanques de hormigón  o combinación de los anteriores y almacenaje subterráneo en cavernas y minas no activas. Como buenos ejemplos el tanque del Honda FCX Clarity (Primer comercial 100% hidrógeno) tiene un depósito de 5 kg con 171 litros de capacidad. El Toyota Prius lo tendrá de fibra de carbono y aluminio para 150 litros (2011).
Como líquido criogénico. Es necesario licuar (lo que requiere energía) disminuyendo temperatura y purificar, lo que se debe hacer minimizando pérdidas buscando velocidad en las trasferencias y garantizando seguridad, fiabilidad y costos adecuados. Para el efecto se usan tanques dobles o termos con vació intermedio conocidos como depósitos Dewar (en honor a su inventor) o con intermedio o capas de materiales aislantes  tales como nitrógeno líquido, espumas (polietileno, uretano, poliuretano), perlita (roca volcánica), multicapa (lana de vidrio, espumas, laminas etc generalmente termoplásticos) o composición de las anteriores. Los actuales tanques criogénicos van desde un litro para laboratorio hasta los de 3 millones de litros (Dewar) usados en cohetería. Información vehicular: BMW Hydrogen serie 7 incorpora desde fin 2008 tanque crio-compresión que permite almacenar hidrógeno tanto líquido como gaseoso.
Como sólido en hidruros metálicos. El procedimiento desarrollado como una alternativa a la necesidad de altas presiones en el almacenamiento liquido y los costos y necesidad de equipo del criogénico, consiste en que el hidrógeno se disuelve sobre o entre la fase metálica hasta convertirse en hidruros  (que de acuerdo a su enlace son iónicos, metálicos o covalentes), hasta saturarse, lo cual es reversible muchos ciclos si se le aplica calor, permitiendo el almacenaje ventajoso en instalaciones estacionarias aun a pesar de dificultades que se van solucionando relacionadas con perdidas por histéresis, baja densidad energética, lenta transferencia de calor, deterioro del lecho metálico, y necesidad de seguir desarrollando mejor equipo de compresión. Se vislumbran alternativas mas avanzadas en investigación como las zeolitas, sustancias porosas, rocosas que operan como esponjas moleculares, tienen una red de túneles y celdas que pueden atrapar el hidrógeno en forma aproximadamente liquida sin mucha criogenia. (NASA Sacco), las nano-estructuras de magnesio (Universidad Autónoma de Madrid), sistema que es especialmente ventajoso en unidades eléctricas estacionarias de zonas apartadas donde la generación es local e intermitente o el uso de hidratos clatrato de los que empezamos a oir en España.

12.6.6- Transporte y distribución del hidrógeno.

El transporte y distribución están íntimamente ligados al almacenamiento y sus mejoras se están dando a la par con este. El transporte casi nunca se hace gaseoso excepto por un consumidor final de tipo móvil ya que resulta ineficiente y en consecuencia costoso. Tampoco en hidruros dado el peso aunque hay muy buenas perspectivas y desarrollos para tanques de equipos vehiculares de lo cual tendremos noticias pronto. Por dichos motivos nuestra exposición solo será actualmente sobre el hidrógeno líquido que reduce el volumen entre 15 y 30 veces y mejorando el que se gasifica en los almacenajes estacionarios o lugares de utilización.
En forma líquida hoy se hace adecuada y eficientemente en Dewar aislados multicapa, por carreteras, ferrocarriles y buques. Los carro-tanques lo hacen en horizontales de 48000 hasta 80000 litros, en trenes en verticales desde 10000 hasta 120000 litros y en buques hasta 1000000 de litros. En el transporte se presentan algunas perdidas mínimas por ebullición.
También se hace el transporte por tuberías (hasta 20 pulgadas de diámetro) desnudas en tramos cortos o temporales  al igual que el gas natural pero que en largas distancias y cantidades deben ser criogénicas lo cual se hace como en los tanques con aislamiento al vació, poroso, multicapa, fibra de vidrio, espumas etc. Debe preverse el riesgo de explosión, contaminaciones, ductilidad, fragilización, fuga energética, transferencia de calor y caídas de presión monitoreando las variables.
No es nuevo el proceso seguro de distribución de hidrógeno, hay como 800 km de tuberías en el mundo, incluyendo 225 km en el Valle del Ruhr en Alemania desde 1938 y 210 km en LaPorte, Texas, de Air Products and Chemicals, Inc. http://www.energiasostenible.net/
Ya empiezan a aparecer en los países mas avanzados en el tema las hidrogeneras o estaciones de combustible de hidrógeno. ¿Donde y cuando tendremos la primera en Colombia?