¿Como se genera el hidrogeno a bordo de un buque?

Combustión por Hidrógeno [pic 1]

Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería

Instituto de Ciencias Navales y Marítimas

Christofher Galaz

Neftalí Román

Resumen

La utilización de hidrógeno como combustible es el fin de todo un proceso de producción. Lo primero es que es necesitamos obtener este elemento en estado puro, ya que solo forma parte de compuestos, para lo cual es necesario obtenerlo mediante algún proceso, como lo es por ejemplo: la electrólisis. El segundo paso es almacenarlo, tarea no sencilla, ya que requiere de altas y bajas presiones y temperaturas^[a] por lo cual es necesario la construcción de contenedores que las soporten. Luego es necesario transportarlo para finalmente llegar a su lugar de aplicación, en este punto el hidrógeno almacenado se inyecta como combustible en un motor, motor de gas licuado que ha sido adaptado para funcionar con hidrógeno, se mezcla con aire y se produce la explosión con ayuda de una bujía.

Introducción

Durante el último tiempo^[b], se ha prestado especial importancia al desarrollo energético y su repercusión medioambiental, sobre todo en el área marítima, dado la importancia que conlleva el transporte marítimo a nivel mundial. Esto ha supuesto que se exploraran nuevas vías para aprovechar de una manera más responsable el uso de la energía, en este sentido, para conseguir un desarrollo sostenible y proteger el medio ambiente es necesario mejorar la eficiencia de la conversión de la energía con el fin de reducir las emisiones de CO2. Diversas sociedades científicas  han de considerar el hidrógeno como el combustible del futuro, el hidrógeno no es una fuente de energía primaria, por lo tanto se trata de un producto manufacturado, en el que el balance energético final y la repercusión ambiental derivada de su uso están fuertemente ligados a su proceso de obtención.

¿Como se genera el hidrogeno a bordo de un buque?

Actualmente, más del 80 % de la energía primaria en el mundo se basa en energías no renovables, pero se debe tener en cuenta que la utilización de energías no renovables como el petróleo, gas natural y carbón, conlleva una generación excesiva de CO2. El hidrógeno se puede producir a partir de varias fuentes y por diversos procesos, tanto renovables como no renovables. En la actualidad, una gran cantidad de hidrógeno es producido por reformado de hidrocarburos, sin embargo, para minimizar la dependencia de los combustibles convencionales, ha estado en desarrollos considerables, otras tecnologías de métodos de producción de hidrógeno con el énfasis en fuentes de energía limpias; ejemplos de estos procesos son los siguientes:

• Electrólisis: descomposición de una sustancia mediante corriente eléctrica. Por ejemplo: la electrólisis  de agua de mar, proceso que funciona mediante electricidad que separa del agua de mar O2 e H2.

[pic 2]

Fig.1

• Termólisis: descomposición de una sustancia mediante calor. A temperaturas superiores a 2500 ºC el agua rompe sus enlaces y se descompone en hidrógeno y oxígeno, termólisis directa. La termólisis termoquímica combina calor y reacciones químicas que desprenden hidrógeno. La termólisis directa consume gran cantidad de energía por unidad de masa de hidrógeno producido.

[pic 3]

Fig.2

• Gasificación de combustibles fósiles: procesos de reformado con vapor y oxidación parcial de hidrocarburos pesados. Se combinan hidrocarburos con vapor de agua a altas y medias temperaturas obteniéndose hidrógeno y óxidos de carbono. Consume menor cantidad de energía por unidad de masa de hidrógeno producido. Sin embargo, los procesos posteriores de purificación de hidrógeno reducen el rendimiento efectivo.

Almacenamiento  del hidrogeno a bordo de un buque

En la actualidad existen multitud de métodos para almacenar H2 en instalaciones industriales, pero ninguna adaptada a buques. En la Fig.1 se muestra los diferentes métodos de almacenamiento que se podrían instalar en un buque, clasificándolos en función de la tecnología a emplear.^[c][d]

[pic 4]

Fig.3

Ventajas y Desventajas de combustión por hidrogeno

Utilizar el H2 como combustible tiene dos ventajas evidentes. La principal ventaja es que si su obtención es mediante energía renovables, por lo que sus emisiones contaminantes son nulas, favoreciendo que el buque pueda navegar en zonas con estrictas normativas anticontaminación y en las estancias en puerto, la segunda ventaja a destacar es que los motores de combustión interna son una tecnología ampliamente desarrollada y que pueden consumir hidrógeno de manera fiable con pequeñas adaptaciones del sistema de combustible y control, aunque hasta el día de hoy esto está sujeto a investigaciones.

Las desventajas o principales inconvenientes a la hora de utilizar el hidrogeno como combustible es su logística (transporte, almacenamiento y distribución).

Utilización del Hidrógeno

Una vez que se dispone de H2 almacenado a bordo del buque, surge la necesidad de consumirlo en el sistema de propulsión o equipos auxiliares, por lo que se pueden utilizar pilas de combustible de tipo PEM^[e] para producir electricidad y así utilizar esa energía en un motor de eléctrico, o bien utilizar el H2 directamente en motores, específicamente, de combustión interna, nos enfocaremos  en este último por temas prácticos y de tiempo.

...