Almacenamiento del hidrógeno

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE ALTAMIRA

INGENIERÍA EN ENEGÍA
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GEN.11 G2

ALEJANDRO HERNÁNDEZ RIVERA

SEMINARIO DE INGENIERÍA EN ENERGÍA DEL HIDRÓGENO

PROFESOR: ISRAEL MONTOYA DURÁN

“EL HIDRÓGENO: ALMACENAMIENTO”


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Introducción:

El almacenamiento de hidrógeno es un factor crucial para su utilización como fuente de energía, ya que es el mejor vector energético, su densidad energética es la más grande que existe, el problema de ello es que ésta es mayor por unidad de masa, sin embargo, por unidad de volumen es muy baja, dado su baja densidad, su almacenamiento requiere contenedores con volúmenes exagerados, es por ello que se buscan alternativa tecnológicas para su contención por presión en contenedores de hasta 75,000kpa con materiales alternativos, en forma líquida con contenedores criogénicos, o en un almacenamiento de forma indirecta en hidruros metálicos. Todo esto se explicará en la presente presentación, para que posteriormente se planteen las mejores soluciones para resolver esta problémica con la tecnología actual, y no descartando la implementación fura de tecnologías muy lejanas que permitan la salificación del hidrógeno.

Desarrollo:

Almacenamiento de hidrógeno como gas comprimido

Es la forma de almacenamiento más difundida y que cuenta con mayor experiencia. El hidrógeno puede ser almacenado en forma gaseosa en diferentes tipos de depósitos: depósitos de superficie móviles o estacionarios y cavernas subterráneas.
Normalmente se almacena a una presión entre 20,000-35,000 kpa en tanques o cilindros de acero. Como la cantidad de hidrógeno almacenado depende de la presión -cuanto mayor es la presión, más gas hidrógeno se almacena-, hoy en día se está trabajando en el desarrollo de materiales, como la fibra de carbón o aluminio, que tengan la capacidad de soportar una presión de hasta 70,000 kpa.

El hidrógeno en grandes cantidades y moderadamente presurizado se almacena en forma estacionaria en tanques esféricos. Pero para los grandes volúmenes que involucran una amplia utilización del hidrógeno no es factible, aunque una alternativa es el almacenamiento subterráneo, incluso mayores pueden almacenarse en pozos de petróleo o de gas agotados, o en cavernas porosas de acuíferos subterráneos con pérdidas entre el 1 y el 3%.

Cuando se considera el uso y almacenamiento del hidrógeno de esta manera como un vector energético, la situación no es tan satisfactoria. A continuación compararemos dos sistemas de almacenamiento a presión. El primer es un cilindro estándar de aleación de acero a 200 bar, del tipo que se utiliza comúnmente en los laboratorios. El segundo es para el almacenamiento de hidrógeno a mayor escala en un autobús. Este tanque está construido por una primera capa de aluminio de 6 mm de grosor, alrededor del cual se enrolla un compuesto de fibras y resina epoxy.[pic 4]

Algo que sin lugar a dudas hay que tener en cuenta, es que los tanques compuestos en la actualidad son tres veces más caros que los tanques de aleación de acero de la misma capacidad.

La única desventaja significativa del almacenamiento del hidrógeno como gas comprimido a alta presión es el gran volumen. Un tanque de hidrógeno a 35,000kpa ocupa tres o cuatro veces el volumen que ocuparía un tanque de gasolina en las mismas condiciones. Esto se debe a que el hidrógeno tiene una energía muy baja por unidad de volumen, no sólo como gas sino también como líquido.

Almacenamiento de hidrógeno líquido criogénico

Es la forma preferida de almacenamiento de grandes cantidades de hidrógeno, como en aviación y en las lanzaderas y vuelos espaciales. El hidrógeno líquido ha facilitado mucho los programas de investigación espacial y por eso ha tenido una amplia aplicación como combustible principal en estos programas, la principal razón de ello se debe a que el hidrógeno líquido tiene la mayor densidad de energía de los combustibles químicos, contiene tres veces más energía que un peso igual de gasolina.

La tecnología criogénica del hidrógeno no está tan extendida como lo está la del hidrógeno comprimido, pero ha alcanzado un alto nivel de madurez, y mantiene una cuota de mercado importante. No obstante, es una tecnología compleja que parece que quedará reservada al uso industrial. La temperatura de licuación del hidrógeno a 1 atm es de unos 20 K (-253ºC). Esa es la máxima temperatura a la que el hidrógeno existe como líquido a presión ambiente, y que por tanto debe ser mantenida para poder almacenarlo en ese estado. Esto presenta dos problemas: alcanzar esa temperatura y mantenerla.

El contenedor de hidrógeno es un gran termo, fuertemente reforzado. El hidrógeno líquido se evaporará lentamente, y la presión en el contenedor normalmente se mantiene por debajo de los 300 kpa. Si la tasa de evaporación excede la demanda, entonces el tanque es purgado ocasionalmente para asegurarse de que la presión no aumenta demasiado.

El combustible hidrógeno utilizado para alimentar los sistemas que se emplean en los motores de coches normalmente no puede ser aplicado tal cual a las pilas de combustible. Una diferencia notable es que en los motores de hidrógeno líquido es que el hidrógeno normalmente es introducido todavía en su forma líquida. Al ser un gas, el estar a baja temperatura es una ventaja, ya que así permite que la masa de la mezcla combustible/aire que entra en el motor sea mayor. Para las pilas de combustible, el hidrógeno necesita ser obviamente un gas y estar también precalentado. De todas formas, esto no supone un problema técnico importante, ya que existen muchas oportunidades de aprovechar el calor desechado por la pila a través de intercambiadores de calor.

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El proceso de condensación empleado más frecuentemente es el método Linde que requiere suministrar hidrógeno gaseoso a baja temperatura. Esta baja temperatura se puede suministra a partir de nitrógeno líquido (-195°C a presión atmosférica). Existen diversas variaciones sobre el proceso Linde, entre ellas la de Claude y Heylandt.

Otro inconveniente del hidrógeno líquido es la necesidad de mantener el recipiente a -250° C. Ello se logra como en los tanques de gas natural, recurriendo a cámaras de vacío en las paredes. Actualmente se está estudiando un sistema híbrido entre la compresión y la licuefacción, el llamado hidrógeno “crio-comprimido”. Se trata de hidrógeno gaseoso a presión, pero a temperatura criogénica (-195°C, lograda mediante nitrógeno líquido). Este sistema presenta similares prestaciones volumétricas que el hidrógeno licuado, pero reduce considerablemente las pérdidas por evaporación, así como la energía consumida.

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