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El Hidrógeno Vector Energético en laGeneración Termoeléctrica Luis Bertenasco Asociación Argentina de Asociación Argentina de Hidrógeno Biocombustibles e Hidrógeno31 enero 2011 AAH AABeH

El SOL Es una estrella compuesta aproximadamente por un 70% de hidrógeno. Producto de la fusión de: 700 millones de toneladas de hidrógeno por segundo. Irradia alrededor de 386 miles de billones de megavatios.31 enero 2011 AAH AABeH 2

El átomo de Hidrógeno (primer elemento en la tabla periódica) Electrón Carga (--) Negativa NUCLEO Con Protón Carga (+) Positiva y Neutrón Gas incoloro, inodoro e insípido. 14 veces más liviano que el aíre (1 M3NH = 89 gramos), con alta dispersión a la atmósfera.Líquido (criogénico) es 14 veces más liviano que el agua. Evaporizado se expande 850 veces en volumen de gas (CNPyT). El más alto contenido de energía por unidad de masa y el más alto valor calorífico. Su energía explosiva es la más baja por unidad de energía almacenada, haciéndolo menos peligroso que otros combustibles.31 enero 2011 AAH AABeH

TIPOS DE COMBUSTIBLES en la Generación Termoeléctrica y Factores de Emisión Factores IPCC de Emisión de Carbono y Dióxido de Carbono Factor de Emisión Tipo de Kg de C/GJ Kg de Combustible CO2/GJ H2 (de renovable) -- -- H 30 (de renovable) 10.71 39.34 B 100 (1) 6.5 23.7 B 20 (1) 17.46 63.94 Gas Natural 15.3 56.2 Petróleo crudo 20.0 73.4 Gas Oil 20.2 74.1 Fuel Oil 21.1 77.4 Coque de Petróleo 27.5 100.9 Coque 29.5 108.3 Panel Intergubernamental sobre factores de Emisión en los Cambios Climáticos = IPCC (1) Considerando su ciclo de vida tiende a cero.31 enero 2011 AAH AABeH

Al igual que la Electricidad el Hidrógeno se constituye en un “Transportador energético” La interacción entre ambos se puede observar en el funcionamiento de una Celda de Combustible tipo PEM. H2 O + Energía eléctrica H2 + OCALOR CALOR H2 + O H2 O + Energía eléctrica31 enero 2011 AAH AABeH 5

Flexibilidad de la Economía del Hidrógeno Fuente primaria de Producción Distribución Almacenaje Uso final Energía de H2 Biomasa  Gasificación Eólica de biomasa  Celda de Hidráulica y  Tubería  En estado  Pirolisis combustiblemareomotriz Gaseoso a  Reformado estacionaria Geotérmica presión Biogas  Camión Solar  Fermentación  Motor de Nuclear ( es Foto biológico  En Estado combustión  Barcono renovable, Líquido interna  Fotólisispero de bajo “Criogénico”nivel de  Termólisis  Ferrocarril  Turbina deemisiones de  Electrólisis GeneraciónGEI)31 enero 2011 AAH AABeH 6

BIOMASA: estados para usos energéticos Sólido: Pellets, Briquetas, leña, astillas, chips, otros. Utilizados como combustibles en Calderas para la Generación Eléctrica por Vapor.Líquido: Etanol, Metanol y Biodiesel. Biodiesel utilizado como combustibles en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas alimentadas a Gas Oil (B 20 - 100).Gaseoso: Biogas e Hidrógeno. Utilizados como combustibles en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas alimentadas a Gas (H 30 -100).31 enero 2011 AAH AABeH 7

BIOMASA: producción de Hidrógeno Resumen del estado de las tecnologías de conversión de la Biomasa TECNOLOGIA ESTADO EFICIENCIA H2/V OPORTUNIDAD Gasificación Desarrollo 41-65% Electricidad Pirolisis Desarrollo 30-50% Abundancia Reformado Biogas Madura 25-40% Electricidad Fertilizantes Fermentación Laboratorio 10-20% Abundancia Foto Biológico Laboratorio 1-10% Electricidad Aceite31 enero 2011 AAH AABeH 8

FOTOLISIS producción de Hidrógeno Algunos Semiconductores son capaces de producir H2 por fotólisis de agua con luz solar 6- 18 % de eficiencia en laboratorio31 enero 2011 AAH AABeH 9

TERMOLISIS: producción de Hidrógeno H2 a partir de Agua con procesos a altas temperaturas en Nuclear y Solar Proyecto Hydrosol31 enero 2011 AAH AABeH 10

TERMOLISIS: producción de Hidrógeno Proceso Térmico Proceso Químico Descomposición directa de agua Ciclos Termoquímicos por vía térmica: T > 2500 Cº T < 1000 Cº El ciclo S-I es el más prometedor: • T ~ 900 Cº • Eficiencia ~ 43 % Los reactores nucleares actuales no alcanzan este nivel de T Se requiere de nuevos conceptos de reactor Ej: “Generación IV” (VHTR)31 enero 2011 AAH AABeH 11

ELECTROLISIS Eólica Hidráulica e - Mareomotriz Geotérmica Electrolizador Eficiencia 50 - 80% Solar Fotovoltaica31 enero 2011 AAH AABeH 12

ELECTROLIZADORES PRODUCCION DE HIDROGENO BAJO PRESION ITBA 30 bar Electrolizador PHOEBUS 120 bar Electrolizador31 enero 2011 AAH AABeH 13

FORMAS DE ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO GAS: Media Presión ~200 atm (recipientes de acero) Alta Presión ~450 atm (recipientes de materiales compuestos) Muy alta Presión ~750 atm ( recipientes con interior de aluminio) ~ 600 Kg ~ 450 Kg31 enero 2011 AAH AABeH 14

FORMAS DE ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO LÍQUIDO: a T< -253 Cº. El proceso de licuación y su mantenimiento insume 35-40% del contenido energético del hidrógeno. Cisternas criogénicas: ~4.000 kg31 enero 2011 AAH AABeH 15

CELDAS DE COMBUSTIBLES Estos sistemas ya son acequibles, e incluso funcionan a escala comercial en países como Japón, aplicados a generación domiciliaria y de mediano consumoNo obtante a los continuos avances, las“Celdas de Combustibles” aún requieren demejoras en sus costos de producción, enrelación con los sistemas convencionalesde Generación Eléctrica y así lograrirrumpir en la Generación a mayor escala.31 enero 2011 AAH AABeH 16

HIDROGENO EN GENERACION TERMOELECTRICA Como pensar en la Generación a gran escala: El H2 como “Pulmón en la Generación”, se produce utilizando la Energía Eléctrica disponible en los Valles durante su demanda y luego se introduce como gas combustible en Motogeneradores y Turbinas de Generación Eléctricas, generando electricidad durante los Picos. En la combustión genera vapor de agua, producto de su oxidación. El H2 como “Acumulador Energético”, producido a partir de Energías Renovables, es convenientemente almacenado y luego utilizado como gas combustible, en las Centrales Térmicas. Estos esquemas permiten resolver un antaño problema de acumulación de la energía excedente, para luego reutilizarla cuando surge la demanda31 enero 2011 AAH AABeH 17

Hidrógeno como “Pulmón” en la Generación Termoeléctrica Red Alta Tensión Generación de Electricidad en Picos Turbina Termoeléctrica Producción de H2 en Valles Electrolizador a presión Cilindros de H231 enero 2011 AAH AABeH

Hidrógeno como “Acumulador Energético” en Energías Renovables - Eólica Turbinas eólicas Red Alta Tensión Generación de Electricidad a Demanda Turbina Termoeléctrica Con excedente de viento producción de H2 Electrolizador a presión Cilindros de H231 enero 2011 AAH AABeH

Hidrógeno como “Acumulador Energético” en Energías Renovables - Eólica VENTAJAS para la Generación Eléctrica  Aumentar la eficiencia y disminuir las emisiones en generación centralizada y distribuida (Motogeneradores y Turbinas).  Amortiguar el carácter intermitente de los generadores Renovables y aumentar su predictibilidad.  Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional).  Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y de distribución.31 enero 2011 AAH AABeH

21 July 2010Inauguran la primera central eléctrica del mundoalimentada a hidrogenoLa primera central eléctrica del mundo, de dimensionesindustriales y alimentada a hidrógeno, entró en funcionamiento ellunes 12 de julio en Fusina, provincia de Venecia. Habiendoinaugurado la planta el administrador delegado de ENEL (laempresa de energía eléctrica de Italia). La central, con unapotencia de 16 Mw., se basa en un ciclo combinado por el cual unturbogas viene alimentado con hidrógeno para producir energíaeléctrica y calor. El turbogas está equipado con una cámara decombustión desarrollada para ser alimentada con hidrógeno, sinemisiones de anhídrido carbónico y con emisiones bajísimas deóxidos de nitrógeno. La energía térmica liberada por la combustiónes convertida en energía eléctrica en una turbina a gas,desarrollando una energía de 12 Mw aproximadamente, mientrasque los gases de escape están constituidos exclusivamente poraire caliente y vapor. La usina ha requerido una inversión por partede ENEL de aproximadamente 50 millones de Euros.La central está en condiciones de utilizar 70 mil toneladas de combustible derivado de la recoleccióndiferenciada y del tratamiento de los residuos sólidos urbanos (CDR): es equivalente a la cantidad deresiduos producidos por 300 mil personas. Utilizando el CDR en lugar de carbón para alimentar lascalderas de la central se recupera el contenido energético y se evita la descarga en vertederos, ahorrandola emisión de aproximadamente 50 mil toneladas de anhídrido carbónico al año.31 enero 2011 AAH AABeH

Programa GENREN 2010– Argentina Licitación de ENARSA Ley 26.190: Régimen de fomento nacional para el uso de fuentes renovables de energía destinadas a la Generación eléctrica. FUENTE DE TARIFA PROMEDIO (e) ENERGIA OFERTADO u$s/MW Eólica 500 MW 140 Biomasa 100 MW 190 Mini Hidráulica 60 MW 170 Fotovoltaica 20 MW 58031 enero 2011 AAH AABeH

VISION DEL HIDROGENO EN LA GENERACION TERMOELECTRICA AÑOS2010-30 Corto Plazo: Mezcla con Gas (H 30) en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas. Aplicación de Celdas de Combustibles en sistemas residenciales y de servicios.2030-50 Medio Plazo: H2 100% en Motogeneradores y Turbinas Termoeléctricas. Aplicación masiva de Celdas de Combustibles en Generación Eléctrica.2050 » Largo Plazo: H2 en Generación distribuida (Ciclos Combinados, Celdas de Combustibles, en Energías Renovables). Redes Eléctricas Inteligentes. 31 enero 2011 AAH AABeH

SIGLOS DE LA ENERGIA31 enero 2011 AAH AABeH 24

Final de la Presentación Muchas Gracias31 enero 2011 AAH AABeH 25

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by Luis Bertenasco

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