EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO

EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO

El miércoles 28 de septiembre se realizó la Jornada Técnica “Hidrógeno como Vector Energético”, organizada conjuntamente por el Vicerrectorado de Investigación e Innovación Académica, la Asociación Argentina del Hidrógeno y las Facultades de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería y de Química e Ingeniería del Rosario, con el auspicio de la International Association for Hydrogen Energy.

EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO

RESUMEN DE ALGUNOS DE LOS CONCEPTOS ADQUIRIDOS

¿Porque el hidrogeno y su estrecha vinculación con las energías renovables?

El hidrogeno es el elemento más abundante del universo, que no se encuentra en forma libre, es el medio que va a permitir a las energías renovables satisfacer las necesidades energéticas.

Las emisiones totales a nivel global, según la conferencia en Paris (compromiso asumido por los países para evitar seguir contaminando con gases de efecto invernadero o carbonizar el medio ambiente), actualmente son:

• el planeta emite 47.000 millones de toneladas de dióxido de carbono anuales.
• deberíamos reducir a 37.000 millones de toneladas, para evitar que la temperatura del planeta no supere el incremento de los 2 grados centígrados (meta propuesta al 2030).
• Si seguimos con la cultura actual el incremento tiene una proyección de 57.000 Millones de toneladas de dióxido de carbono o gas destructor de la capa de ozono.

Los principales aportantes de dióxido de carbono, casi el 70 % es el combustible fósil, mientras que en todo el planeta algo más del 30% del combustible fósil se consume para la generación de energía eléctrica, el resto lo consume la agricultura, el transporte, la industria, etc.

En el año 1856 se produjo el primer pozo de petróleo en el estado de Texas, la cual ya pasaron algo más de 160 años, mientras que en nuestro país hay más de 20.000 pozos para extracción de petróleo y gas (algunos activos y otros fuera de servicio). Esta situación ya no es más sostenible, de ahí la obligación que tienen los estados de transitar con otras formas de energías limpias y renovables.

El hidrogeno es el elemento más abundante del universo, pero no se encuentra libre en la tierra, su nombre se traduce como generador de agua y se presenta en forma de agua, biomasa (materia orgánica) o hidrocarburo, siendo estas las maneras de obtenerlo como hidrogeno libre, para luego utilizarlo para la producción de energía eléctrica entre otras tantas aplicaciones.

¿Porque son importante los sistemas de energía sustentables y cuál es su vínculo con el hidrógeno?

La primera aplicación que se le dio al hidrógeno fue hace 200 años en Paris, como gas de baja densidad, para hacer volar un globo aerostático, el mismo se produjo a través de la reacción química de ácido sulfúrico y granallas de zinc. El hidrógeno es muy flexible para el uso como combustible y nos permite poder almacenar la electricidad como si fuera una gran batería eléctrica.

La situación que se planteó en Paris y próximamente en Marruecos, tiene que ver con un gran cambio, para poder disponer del sol, del viento, entre otras fuentes de energía limpias y renovables, el fin es poder producir y acumular esa energía masivamente para las 7.000 millones de personas que tiene el planeta, siendo el hidrogeno el producto que permitirá hacer lo mencionado, manteniendo el servicio eléctrico cuando no tengamos total o temporalmente los recursos de fuente de energías limpias y renovables.

¿Porque es importante la PILA DE HIDRÓGENO como parte del sistema?

Cuando hablamos de acumuladores o baterías, podemos mencionar a los capacitores que pueden llegar a almacenar en el orden de hasta el MW/hora, y esta energía la entregarían a la red, como energía eléctrica.

Cuando necesitamos almacenar en el orden de los 100.000 MW/hora de energía, tenemos como recurso el hidrogeno producido, gracias a las fuentes de energías limpias y renovables. Pero a diferencia del capacitor el hidrógeno es mucho más versátil por sus tipos de aplicaciones, y nos entregaría energía a través de la denominada pila de hidrogeno o pila de combustible.

Algunas de las aplicaciones de la pila y el hidrógeno son:

• Produciendo energía eléctrica, aportando potencias en tiempos que permitan darle estabilidad a la red y mantener la frecuencia de 50 Hz, evitando sus variaciones y cortes que la saquen fuera de servicio ante una gran demanda de energía. Como también aportando energía en zonas completamente aisladas de una red eléctrica. En la actualidad ya pueden verse fabricadas pilas marca PENTA del orden de los 50 MW de potencia.
• Entregando energía a los vehículos eléctricos, equipado con celdas y tubos de hidrógeno.
• El hidrógeno como materia prima para la Industria, principalmente aquellas que fabrican fertilizantes, aceros entre otras.
• Para aprovechamiento en las redes de gas industriales, domiciliarias, inyectado entre un 6 al 15% de hidrógeno, sin peligro alguno.
• Aplicándolo como mezcla del 15 al 40%, al combustible en motores alternativos, de ciclo combinado etc., permitiendo su uso en vehículos con sistemas de inyección, sin tener la necesidad de modificar el equipamiento de fábrica.

¿Cuáles son los beneficios más importantes que se lograrían con el hidrógeno utilizado como vector energético?

El elemento hidrógeno utilizado como vector energético hará que los sistemas de producción de energías limpias y renovables sean:

• Sustentables, porque se puede almacenar masivamente y obtener de las energías limpias y renovables.
• Accesibles, porque no solamente se lo puede utilizar para la producción de energía eléctrica, como se describió en el punto anterior.
• Asequibles, porque impactaría en los costos de la energía eléctrica y permitiría hacer frente a los gastos de facturación, siempre y cuando su uso sea racional y si fuera posible asociado con eficiencia energética.

¿Cuáles son los proyectos que se encuentran en el país, y hacen uso de esta tecnología del elemento hidrógeno como vector energético?

• En la Antártida, Base Esperanza el proyecto argentino denominado MAEL I, utiliza como recurso energético a laenergía eólica, aunque también puede utilizar otras fuentes renovables como la solar, la cual tiene la capacidad de producir y almacenar hidrógeno y oxígeno a 30 bares, sin necesidad de utilizar compresores de presión. El objetivo de su implementación es otorgar la energía suficiente para calefaccionar ambientes, dar funcionamiento a hornos u hornallas, motores a hidrógeno, computadoras y televisores.

• En la provincia de Chubut, se está trabajando en un proyecto que busca almacenar la energía del viento en forma masiva. La Planta lleva el nombre de Planta de Hidrogeno de HYCHICO, es de almacenamiento masivo y está ubicada en Diadema, Comodoro Rivadavia, ver link http://www.hychico.com/esp/planta-de-h2.php, actualmente, parte de la energía producida a través del hidrogeno almacenado se mezcla con el combustible de un grupo electrógeno de 1,1 MW, en una proporción de casi el 40%. También se está trabajando en la producción de METANO SINTETICO, que consiste en almacenar el hidrógeno en un pozo de gas y petróleo conectado a través de un Hidrogenoducto, utilizando una perforación que estaba fuera de servicio, donde se inyecta hidrógeno a un gas pobre (metano con alto contenido de dióxido de carbono). Por último se está trabajando en almacenar masivamente el hidrogeno en recipientes dado que existe una planta compresora capaz de comprimir tanto el hidrógeno como el oxígeno.

¿Cómo se lo puede almacenar al elemento hidrógeno?

El hidrógeno producido por la electrólisis del agua, se puede almacenar:

• En forma gaseosa, comprimiéndolo entre 200 a 700 atmosferas, por su baja densidad, en cilindros de acero al carbono con aleaciones especiales, entre ellas cromo y molibdeno.
• Otra opción es licuarlo, pero se debe bajar a temperatura a 253 grados bajo cero, combustible de los trasbordadores espaciales.
• En forma sólida, combinando el hidrogeno con tierras raras (polvo metálico) y obteniendo el hidruro, en donde se almacenaría el 7% del peso de la barra, en hidrogeno. Lo mismo se puede realizar con el carbono activado. Estos sistemas portátiles, aun no son conveniente su almacenamiento, por el costo de su obtención.

¿Es posible separar el arsénico del agua y a la vez obtener hidrogeno como producto residual?

Un método para la obtención del arsénico, es de manera electroquímica realizando tratamientos de agua por electro-floculación, con el fin de eliminar el arsénico que se encuentra en el agua subterránea de nuestro país. El método es, a través de la oxidación de virutas de hierro que atrapan el arsénico, más una corriente eléctrica que produce la electrólisis, este procedimiento deja como resultado, agua con gran grado de pureza e hidrogeno residual. Actualmente existen equipos que aún no se comercializan, que utilizan estos sistemas para purificar el agua en áreas rurales, en donde una pantalla solar produce la energía necesaria que se almacena en una batería y esta suministra la suficiente corriente para provocar la electrolisis y producir 2 litros de agua por hora más hidrogeno que se almacena y luego es reconvertido en energía eléctrica.

¿Cual es la Ley nacional que promovera el uso del elemento hidrógeno como vector energetico?

Para promover el uso del hidrógeno, el 31 de Mayo del 2006 se aprobó en el senado de la nación, la Ley nacional de promocion del Hidrogeno, 26.123: Se aprobo en Diputados, por unanimidad, el 31 de Mayo de 2006, luego a principios de Agosto de ese año se aprobo en Senadores.

¿Porque el hidrogeno esta llamado no solo  a ser vector energético, sino motor del desarrollo social como desarrollo tecnológico?

Nuestro país está muy por debajo del promedio de habitantes que tiene América Latina. El desarrollo social o desarrollo tecnológico tiene como objetivo, poblar diversas zonas del país, por ejemplo la Patagonia, llegando con gente en lugares donde no hay energías, instalando colonias rurales o mejor dicho colonias tecnológicas.

• La capital Federal, tiene una densidad de población de 14.312,29 habitantes por km²
• Buenos Aires, tiene una densidad de población de 50,7 habitantes por km²
• La Patagonia, tiene una densidad de población de 2,2 habitantes por km²
• Argentina, tiene una densidad de población de 14,6 habitantes por km²
• América Latina, tiene una densidad de población por encima de los 30 habitantes por km²

En la Patagonia favorecido por el cambio climático, existen grandes regiones con territorios fértil y virgen, en donde esto da lugar a los cultivos orgánicos, frutas finas, cultivos masivos libre de virus. Ver un anuncio simbólico del, pronóstico del tiempo para el año 2050, si no se ejecutan los compromisos adquiridos en el acuerdo de Paris, https://www.youtube.com/watch?v=15PBU6IrK9c

La dependencia de formas de energías escasas, caras, difíciles de obtener y transportar o no sostenibles ambientalmente, es uno de los factores para el desarraigo y la despoblación, pero sobre todo atenta contra el despoblamiento.

Esta idea de colonia tecnológica, nació en el siglo 19 en Europa, en la ciudad de Cataluña, a orilla de los ríos, para aprovechar su energía requerida y poner pequeñas industrias. En nuestro país este concepto fue impulsado por los colonizadores, haciendo uso de los ríos o arroyos para la molienda de cereales, entre otras aplicaciones, como por ejemplo la rueda propulsora instalada en la ciudad de Ayacucho, provincia de Bs. As., sobre el arroyo Tandileofú, hace más de 100 años, hoy propuesto por Tecno Logisti-K SA, a ser una fuente primaria micro-hidráulica, para la producción de energía eléctrica limpia y renovable, ver proyecto en https://tecnolok.com.ar/2016/03/18/proyecto-de-generacion-de-energia-electrica-sustentable-ayacucho/.

El requerimiento energético para estas pequeñas colonias tecnológicas es bajo, y la energía requerida está en el orden de los 8-14 KW por día. Dentro de estas colonias tecnológicas deberán existir módulos para el llamado vector energético a través de hidrógeno, como ser producción de energía eléctrica primaria de origen solar, eólica, micro-hidráulica, etc., otro modulo a instalar pueden ser los filtros de arsénico para tratamiento de aguas, fabricación de las pilas para combustible, etc.

Cuando se menciona el concepto de colonias tecnológicas, esto viene vinculado a la producción y almacenamiento de la energía para dar lugar a la instalación de industrias. Cuando se mencionan industrias, esto no significa la instalación de una gran fábrica industrial, sino a darle lugar a las empresas PyMEs, con el fin de realizar pequeñas transformaciones de la naturaleza con valor agregado.

¿Podría mencionar algún EJEMPLO DE PRODUCTIVIDAD?

• La potencia aprovechable del viento en la Patagonia por km² es de 10-15 MW.
• 1 MW de potencia llega a producir 4000 MW/hora de energía eólica.
• 1 km² de energía eólica equivale a 8 Millones de metros cúbicos de hidrógeno
• Por hectárea cuadrada serian 100 veces menos y equivale a 80.000 metros cúbicos de hidrógeno.
• 80000 metros cúbicos de hidrógeno equivale al tamaño de un camión tanque cisterna de 30 a 40 mil litros, de hidrógeno producido en una hectárea de campo por hora.
• 55 m3 de hidrógeno, consume un vehículo con celdas y tanque de hidrógeno para recorrer 600 Km de ruta.
• Se necesitan 4,1 – 4,6 KWh de energía por cada m3 de hidrógeno producido.

En conclusión esto muestra una solución plena para la producción y almacenamiento masivo de la energía aplicada a la producción de energía eléctrica, entre otros usos.

¿Con toda esta tecnología y experiencia a nivel nacional, podría mencionar alguna propuesta para la región, Zarate, Campana, Escobar, Pilar y Exaltación de la Cruz?

Toyota tiene un vehículo eléctrico http://www.toyota.com.ec/Toyota-Mirai, de 150 HP de potencia, con pila de combustible o celdas de hidrógeno, que hace un año y medio fue presentado en la Argentina, el mismo esta equipado con un tanque tipo GNC, con combustible hidrogeno diseñado para la presión de carga hasta 700 bares, tiene una autonomía de 600 KM, con 55 m3 de hidrógeno, que se cargan en forma gaseosa, si existieran en la Argentina estaciones de servicios para la carga del hidrógeno, esta se realizaría en 3 minutos.

Lo notable de estos vehículos es que pueden abastecer de energía a un tablero de entrada de una vivienda durante una semana con el tanque lleno, lo que le da al sistema seguridad, participación y un uso óptimo de los flujos de energía.

• Alemania tiene 60 estaciones de servicio de hidrogeno y un plan al 2023 de construir hasta 400 estaciones.
• China está terminando la construcción de un tren eléctrico con celdas de hidrogeno y una autonomía de 800 Km.
• Brasil tiene un colectivo de media distancia con celdas de hidrógenos con tecnología argentina.

DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA

La propuesta, es que en nuestra región se instale una estación de servicio de hidrogeno, haciendo uso como fuente primaria, el proyecto de generación de energías limpias y renovables,a través de los residuos sólidos urbanos RSU, que fuera publicada en la revista Integración Industrial y puede verse en el link https://tecnolok.com.ar/2016/09/29/2289/ con el título los residuos convertidos en energía.

El proyecto trata en la instalación de hornos piroliticos para procesar los RSU de 700.000 habitantes, que tiene la región y convertirlos en 25 MWh de energía eléctrica, procesando el gas de síntesis SINGAS o BIODIESEL, como producto obtenido a través de la PIROLISIS. Como antecedente invitamos a visitar el Blog ubicado en el link https://tecnolok.com.ar/2016/06/13/reciclaje-residuos-relleno-sanitario-seran-historia-gracias-la-los-proyectos-energias-limpias-renovables-gasificacion-pirolisis/ , aquí podrá verse un video de la entrevista realizada en la Feria IFAT 2016, Múnich Alemania, a un fabricante de equipos gasificadores por Pirolisis, donde podrán ver la experiencia que existe en el mercado de este tipo de tecnología sus usos, rendimientos, etc.

Esta energía de 25 MWh, con un factor de planta de más de un 90%, nos daría la suficiente capacidad como para tener instalada varias estaciones de servicio de hidrogeno, localizados en distintos puntos de la región y hasta en un radio de 300 Km, permitiéndonos poner en servicios vehículos como lo es el mencionado TOYOTA MIRAI.

PARA FINALIZAR CON LA PRIMERA PARTE DE ESTE BLOG, ESTÁ CLARO QUE, PARA QUE TODO ESTO SE HAGA REALIDAD, UN GOBERNANTE DEBE HACER POLÍTICAMENTE POSIBLE LO TÉCNICAMENTE NECESARIO.

A continuación se podrán ver los videos respaldatorios, al resumen de algunos conceptos adquiridos, en la jornada técnica de hidrógeno como vector energético.

Hidrógeno como Vector Energético

El hidrógeno y las formas renovables de energías a cargo del Dr. Juan Carlos Bolcich (Asociación Argentina del Hidrógeno)

Fuentes primarias para producción de hidrógeno

Energía solar An. Progr. Marcelo Cabezas (CITEDEF)

Módulo Argentino de Energía Limpia (MAEL) Sr. Horacio Canestro

Producción, almacenamiento, transporte y seguridad del hidrógeno

Producción de biohidrógeno Lic. Verónica Martínez (ARA-CITEDEF)

Hidrógeno como subproducto de tratamiento electroquímico de efluentes Mag. Fernando Yonni (UCA Buenos Aires)

Producción por electrólisis, almacenamiento y transporte de hidrógeno Ing. Ariel Pérez y Dr. Juan Carlos Bolcich (Asociación Argentina del Hidrógeno)

Normas y seguridad en tecnología del hidrógeno Ing. José Luis Aprea (PIAP – CNEA Neuquén)

Aplicaciones del hidrógeno

Pilas a combustible para el desarrollo social y político estratégico Dr. Héctor Fasoli (EST – UCA Buenos Aires)

Alternativas de aprovechamiento del biogás excedente en planta de tratamiento de efluentes Ing. Estefanía Rocío Torchia (UCA Rosario)

Sistemas integrados a la red eléctrica y sistemas autónomos. Redes inteligentes Ing. Cristian Val (UCA Buenos Aires)

Integración del hidrógeno y su aporte a la matriz energética y red eléctrica Ing. Roberto Giunti (UCA Rosario)

Caso exitoso: Empresa HYCHICO Ing. Ariel Pérez e Ing. Jorge Ayestarán