hidrogeno_pilas_combustible29897

8/19/2019 hidrogeno_pilas_combustible__29897__

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Índice

El hidrógeno: Métodos de producción Almacenamiento del hidrógeno

Celdas de combustible: Funcionamiento Rendimiento

Tipos de pilas de combustible: PEM PAFC AFC SFC

MCFC El ciclo del hidrógeno solar

Conclusiones


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La combustión de combustibles fósiles constituye el principal causante de la emisiónde gases de efecto invernadero, responsables del efecto de calentamiento global quesufre nuestro planeta .

Esta situación no resulta sostenible a medio plazo, y es necesario preparar unatransición controlada hacia una nueva forma de producción y consumo energético quesea limpia, segura y fiable.

Una de las alternativas es el uso de hidrógeno como fuente de energía, y sutransformación en electricidad por medio de las llamadas pilas de combustible.

Combustible Energía

[kJ/g]

Energía

[kJ/l]

Carbón 29.3 -

Madera 8.1 -

Gasolina 43.5 30590

Diesel 42.7 29890

Metanol 19.6 15630

Gas natural 50.02 31.7

Hidróeno 119.9 10

ontenido energético de diversos carburantes

El hidrógeno no es una fuente primaria de energía, yaque no no se encuentra libre en la naturaleza y no esdirectamente aprovechable. Es un vector energético, esdecir, un portador de energía.

!ay que producir el hidrógeno a partir de energíasprimarias. !oy en día apro"imadamente el #$% delhidrógeno se obtiene a partir de combustibles fósiles.

El hidrógeno tiene una densidad energética en masa &veces superior a la de la gasolina.


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'enta(as frente a los combustibles fósiles )

*lta densidad energética en base m+sica. a(o peso de combustibleen los tanques de almacenamiento. *lta disponibilidad. -e puede producir a partir de distintas materias

primas. Elemento estable y no corrosivo. ombustible limpio. La combustión del hidrógeno con o"ígeno sólo

produce agua.

/esventa(as frente a los combustibles fósiles )

a(a densidad energética en base volumétrica. -e requieren tanques contenedores grandes y pesados.

0ransporte y almacenamiento costosos y de implementación comple(a. ombustible secundario) se debe consumir energía para conseguirlo a

partir de las distintas materias primas 1agua, biomasa, combustiblesfósiles2, ya que no e"iste en estado elemental.


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* partir de hidrocarburos*

partir de hidrocarburos))

3 4eformado con vapor)4eformado con vapor) el hidrocarburo es tratado con vapor de agua a temperaturasentre 566 y 7766 8. El proceso se realiza en dos fases)

79 fase) !: ; !


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*lmacenamiento en forma gaseosa*lmacenamiento en forma

gaseosa))3 El hidrógeno se almacena a alta presión 1> @ lantea problemas de seguridad.3 Bo resulta competitivo debido a su elevado coste.

*lmacenamiento en forma líquida)*lmacenamiento en forma l

íquida)3 El hidrógeno se almacena en estado líquido en recipientes criogénicos.3 4equiere alcanzar temperaturas de almacenamiento muy ba(as 1


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3 Fotoelectrólisis)Fotoelectrólisis) 3 Dndirecta)Dndirecta) >aneles fotovoltaicos ; radiación solar.3 /irecta)/irecta) eldas fotoelectroquímicas 1material semiconductor2 ; radiación solar.

3 >roducción fotobiológica>roducción fotobiológica)) iertas bacterias y algas verdes pueden producir hidrógeno,utilizando Gnicamente luz solar, agua y una enzima llamada hidrogenasa.

* partir de biomasa)* partir de biomasa)

3 Hasificación)Hasificación) ombustión incompleta de la biomasa entre 566 y 7roductos) !irólisis)>irólisis) ombustión incompleta en ausencia de o"ígeno, a unos $66 8 >roductos) !


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HidrógenoHidrógeno

Combustibles fósiles:Combustibles fósiles:

Hidrocarburos:Hidrocarburos:

- Reformado- Reformado

- Oidación !arcial- Oidación !arcial

Carbón:Carbón:

- "asificación- "asificación

#iomasa:#iomasa:

- "asificación$- "asificación$

- %irólisis$- %irólisis$

ElectrólisisElectrólisis

%roducción fotobiológica%roducción fotobiológica

Ciclos termo&uímicosCiclos termo&uímicos

' Otros (' Otros (

)otoelectrólisis:)otoelectrólisis:

- *irecta$- *irecta$

- +ndirecta$- +ndirecta$


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Elementos b+sicosElementos b+sicos de una celda de combustiblecelda de combustible)

/os electrodos/os electrodos 1+nodo y c+todo2. ElectrolitoElectrolito) sustancia encargada de transportar los iones producidos en las

reacciones redo". El electrolito a veces se utiliza acompaIado de un catalizadorcatalizador.

!!


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/iferencias entre/iferencias entre celdas de combustible y baterías)celdas de combustible y baterías)

LasLas bateríasbaterías son dispositivos de almacenamiento de energía. La producción deson dispositivos de almacenamiento de energía. La producción de

energía cesa cuando se consumen los reactivos químicos almacenados dentroenergía cesa cuando se consumen los reactivos químicos almacenados dentrode la batería. Bo pueden proporcionar un flu(o continuo de energía eléctrica.de la batería. Bo pueden proporcionar un flu(o continuo de energía eléctrica.

EnEn laslas celdas de combustibleceldas de combustible, tanto el combustible como el o"idante proceden, tanto el combustible como el o"idante procedende una fuente e"terna, y permiten generar corriente eléctrica de manera caside una fuente e"terna, y permiten generar corriente eléctrica de manera casiindefinida, en la medida en que pueda suministrarse combustible de formaindefinida, en la medida en que pueda suministrarse combustible de forma

continuada.continuada.

/iferencias entre/iferencias entre celdas de combustibleceldas de combustible y y dispositivos de combustión internadispositivos de combustión interna..))

3 LosLos dispositivos de combustión internadispositivos de combustión interna se basan en la conversión de energíase basan en la conversión de energíatérmica en energía mec+nica. La eficiencia de este proceso est+ limitado portérmica en energía mec+nica. La eficiencia de este proceso est+ limitado porel iclo de arnot.el iclo de arnot.

3 LasLas celdas de combustibleceldas de combustible convierten directamente la energía química en energíaconvierten directamente la energía química en energíaeléctrica. /esde el punto de vista termodin+mico este proceso es mucho m+seléctrica. /esde el punto de vista termodin+mico este proceso es mucho m+s

eficienteeficiente.


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⋅+=

][][][ln

, ,

,/,,

.O H C

OC H C

F

RT E E

El potencial eléctrico idealEl potencial eléctrico ideal generado por una celda de combustible viene dado porla ecuación de Bernst)

E) >otencial eléctrico de la pila 1volts.2 Eo) >otencial redo" est+ndar1 0J


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El potencial realEl potencial real de la celdade la celda es inferior al ideal, debido a las pérdidas por polarización)

3 Polari(ación de acti)aciónPolari(ación de acti)ación: algunas reacciones electroquímicas son muy lentas, y reO

quieren una cierta energía de activación 1@ $6O766 m'2 para que se produzcan.

3 Polari(ación óhmicaPolari(ación óhmica: debido a resistencias eléctricas asociadas a los electrodos, el elecOtrolito y los contactos.

3 Polari(ación de concentraciónPolari(ación de concentración: se producen gradientes de concentración 1por difusión oconvección2 que disminuyen la actividad del electrodo.

urva de polarización típica de una celda de combustible

>ara densidades de corriente ba(as,dominan las pérdidas por polarizaciónde activación.

En un rango intermedio de densidades

de corriente prevalece polarizaciónóhmica, y la variación de ' es lineal1región de 0afel2.

>ara densidades de corriente altas,aumentan las pérdidas por polarizaciónde concentración.


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Las pilas >EA usan como electrolito un polímero

sólido.Utilizan un catalizador de platino.

aracterísticas)0emperatura) K6 8

Eficiencia 1%2) &otencia) $O


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Las pilas >*F utilizan +cido fosfórico como

electrolito.

4equieren un catalizador de platino.

aracterísticas)0emperatura) otencia) $6 NP O 77 AP

'enta(as)-on menos sensibles a la contaminación por =que las pilas >EA.

/esventa(as)Hran peso y tamaIo. -on caras 1&$66O:666 Q

por Nilovatio2

*plicaciones)Heneración de energía estacionaria.0ransporte 1vehículos pesados2.


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Las pilas alcalinas utilizan una solución dehidró"ido de potasio en agua como electrolito.omo catalizador se pueden emplear diversosmetales no preciosos.

aracterísticas)0emperatura) ?$O


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Las pilas de ó"ido sólido emplean como electrolitoun componente de cer+mica duro y no poroso .

Bo necesitan catalizador.

aracterísticas)0emperatura) ?66O7666 8

Eficiencia 1%2) :&O$$

>otencia) 766O


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Las pilas de carbonato fundido utilizan un electrolitocompuesto de una mezcla de sales de carbonato

fundidas dispersas en una matriz cer+mica porosa.omo catalizador emplean metales no nobles.

aracterísticas)0emperatura) ?66O?$6 8

Eficiencia 1%2) :&O$$ >otencia) 766 NP O < AP

'enta(as)

4esistentes a la contaminación por = y =<Bo necesitan reformador e"terno) debido a las

altas temperaturas los combustibles se convierten enhidrógeno dentro de la propia pila, mediante unproceso de conversión interna.

/esventa(as)*rranque lento.

orta duración) Las altas temperaturas y el electroOlito corrosivo deterioran los componentes de la pila.

*plicaciones)Heneración de energía estacionaria.


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7272 La electricidad generada en los paneles fotovoltaicos se emplea para alimentar unLa electricidad generada en los paneles fotovoltaicos se emplea para alimentar unelectrolizador.electrolizador.


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El hidrógeno es un recurso energético limpio, y constituye una alternativaprometedora al panorama energético actual

La utilización de las pilas de combustible de hidrógeno ofrece varias venta(assobre otros tipos de fuentes de energía, con una alta eficiencia y sin emisión decontaminantes.

La pilas de combustible de hidrógeno tiene un amplio rango de aplicación) desde equipos port+tiles hasta grandes centrales de producción de energía estacionaria.

La producción hidrógeno a partir de energías renovables permitiría desarrollar un

sistema de energía sostenible y reducir la dependencia actual respecto de loscombustibles fósiles.

E"isten varios problemas técnicos por resolver) el almacenamiento del hidrógeno,la producción de hidrógeno a partir fuentes distintas de los combustibles fósiles.

-e est+ realizando un gran esfuerzo para implantar esta tecnología en el sectorde transportes y automoción.


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*ocumentos !0ginas 1eb:*ocumentos !0ginas 1eb:

2sociación Es!a3ola de %ilas de Combustible- 2%%+CE2sociación Es!a3ola de %ilas de Combustible- 2%%+CE

4ecnociencia: Es!ecial %ilas de Combustible de Hidrógeno4ecnociencia: Es!ecial %ilas de Combustible de Hidrógeno

Red de %ilas de Combustible del C5+CRed de %ilas de Combustible del C5+C

%ibros&%ibros&

'. %ar(inie) *. Di#+s. ,uel Cell $ste(s "/lained) e#ond'. %ar(inie) *. Di#+s. ,uel Cell $ste(s "/lained) e#ond"dition 2003. *" oo+store."dition 2003. *" oo+store.

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http://www.appice.es/nuevaweb/default2.htmhttp://www.appice.es/nuevaweb/default2.htmhttp://www.tecnociencia.es/especiales/hidrogeno/introduccion.htmhttp://www.tecnociencia.es/especiales/hidrogeno/introduccion.htmhttp://www.redpilas.csic.es/web1/01%20Red%20De%20Pilas%20de%20Combustible%20del%20CSIC/06%20Workshop%20Benidorm/Benidorm50.pdfhttp://www.redpilas.csic.es/web1/01%20Red%20De%20Pilas%20de%20Combustible%20del%20CSIC/06%20Workshop%20Benidorm/Benidorm50.pdfhttp://www.redpilas.csic.es/web1/01%20Red%20De%20Pilas%20de%20Combustible%20del%20CSIC/06%20Workshop%20Benidorm/Benidorm50.pdfhttp://www.tecnociencia.es/especiales/hidrogeno/introduccion.htmhttp://www.appice.es/nuevaweb/default2.htm

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