Generacion De Hidrogeno

ANALISIS TECNICO-ECONOMICO DE LA PRODUCCION DE HIDROGENO A PARTIR DE MATERIAS PRIMAS RENOVABLES Y SU APLICACIÓN A PILAS DE COMBUSTIBLE PARA FUENTES MOVILES

Autores:

Ing. Virgilio A GREGORINI

Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable, Comisión Nacional de Energía Atómica

Tel: 4704-1467

gregorini@cnea.gov.ar

Dr. Miguel LABORDE

Laboratorio de Procesos Catalíticos, Facultad de Ingeniería, UBA

Tel:

Ing Héctor PANELATI

Facultad de Ingeniería, UBA

Tel:

RESUMEN

El presente trabajo buscará determinar el valor fundamental del Proyecto de Instalación de una Planta generadora de energía eléctrica de 1 kW de potencia usando hidrogeno, obtenido a partir de bioetanol, como combustible. El mismo se encuentra actualmente en plena etapa de instalación y es ejecutado por el Laboratorio de Procesos Catalícos del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, a cargo del Dr. Miguel LABORDE.

El bioetanol resulta una de las opciones más atrayentes para producir hidrogeno, por su fácil manejo, almacenamiento, seguridad y porque el sistema de producción de hidrogeno tiene la ventaja significativa de ser aproximadamente neutral en las emisiones de dióxido de carbono, ya que la cantidad que es producida es consumida por la biomasa en crecimiento formando un ciclo cerrado. Es por esto que resulta una alternativa muy interesante para se aplicada a fuentes móviles.

Palabras clave: hidrógeno, bioetanol, celdas de combustible, análisis económico.

OBJETIVOS

El objetivo de esta tesis de grado es elaborar un análisis técnico-económico de las tecnologías existentes, en etapa de desarrollo y en etapa de investigación, de producción de hidrógeno empleando como materias primas hidrocarburos y alcoholes. En particular se analizarán las tecnologías que emplean materias primas renovables (focalizándonos en el bioetanol) y se efectuará un análisis comparativo con aquellas que emplean recursos fósiles.

El análisis técnico buscara presentar el estado actual de desarrollo de los diferentes métodos de obtención de hidrógeno y compararlos entre si.

El análisis económico contará con sus dos partes componentes: la evaluación empresarial y la evaluación social. En la primera, por un lado se buscara comparan las dos vías mas parecidas de obtención de hidrógeno (a partir de metano y de etanol como materias primas); y por el otro valuar un Proyecto de Instalación de una Planta de generación de electricidad usando hidrógeno como combustible (obtenido a partir de bioetanol).

Se hará mayor hincapié en la evaluación empresarial, por tener mayor conexión con los conocimientos adquiridos en el estudio de la carrera de Ingeniería Industrial; pero también se desarrollará (aunque brevemente) la segunda, la cual incluye temas tan importantes como el desempleo, la pobreza y la desigualdad en la sociedad.

2

PARTE I: ANALISIS TECNICO

A- EL HIDRÓGENO COMO FUENTE ALTERNATIVA DE ENERGÍA

Uno de los grandes retos de la humanidad para el presente siglo es el desarrollo de fuentes energéticas cuyo uso no altere el equilibrio ambiental (o lo altere lo menos posible).

La crisis petrolera de los años 70 atrajo forzosamente la atención hacia fuentes alternativas de energía. Sin embargo fue la contaminación atmosférica, que el uso de combustibles fósiles ha causado, lo que reforzó fuertemente el interés por dichas fuentes.

Surgió la necesidad de buscar un combustible cuya utilización no origine daños ambientales y que este disponible en grandes cantidades.

Medios de energía

Formas de almacenamiento

Densidad de energía gravimétrica [kWh/kg]

Densidad de energía volumétrica [kWh/litro]

HIDRÓGENO

Gas (20 MPa)

33,3

0,53

Gas (24,8 MPa)

33,3

0,64

Liquido (-273 ºC)

33,3

2,36

Hidruro Metálico

0,58

3,18

GAS NATURAL

Gas (20 MPa)

13,9

2,58

Gas (24,8 MPa)

13,9

3,01

Liquido (-162 ºC)

13,9

5,8

PROPANO

Liquido

12,9

25,9

METANOL

Liquido

5,6

4,42

NAFTA

Liquido

12,7

8,76

DIESEL

Liquido

11,6

9,7

ELECTRICIDAD

Acumulador de plomo

0,03

0,09

Tabla 1: Comparación de diferentes fuentes de Energía

Las diferentes fuentes energéticas alternativas al petróleo son [1]:

1. Gas Natural

3

2. Propano

3. Metanol

4. Etanol

5. Biodiesel

6. Energía Solar

7. Energía Eólica

8. Energía Nuclear

9. Hidrógeno

En la tabla 1 se presenta una comparación de las diferentes fuentes de energía [2]:

1. CARACTERÍSTICAS DEL HIDRÓGENO

Es un elemento químico simple, ligero, estable y poco reactivo a temperatura ambiente. Dicho gas es muy volátil (14 veces mas ligero que el aire). Se lo puede obtener en cantidades casi ilimitadas utilizando fuentes de energía renovables como la energía hidráulica, eólica y solar. También se lo puede obtener de sustancias fósiles como el gas natural y de alcoholes como el metanol o etanol.

En la tabla 2 se resumen algunas propiedades del hidrógeno [3], las cuales en comparación con otros combustibles hacen de este gas una opción interesante para ser usado como combustible alternativo.

Masa Atómica

1,0079 g/mol

Temperatura de solidificación

-259,0 ºC

Temperatura de ebullición

-252,7 ºC

Densidad liquida a –252,7 ºC

70,8 kg/m3

Densidad gaseosa a 0 ºC

1,34 kg/m3

Poder calorífico inferior

120 MJ/kg

Poder calorífico superior

142 MJ/kg

Energía de liquefacción

14112 KJ/kg

Capacidad calorífica (Cp a 20 ºC)

14,3 KJ/kg.ºC

Limites de inflamabilidad en el aire

4-75 (% vol)

Limites de detonación en el aire

13-65 (% vol)

Tabla 2: Propiedades del Hidrógeno

2. APLICACIONES CONVENCIONALES DEL H2

...