GENERALIDADES DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE: TIPOS y APLICACIONES

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Adolfo Sanz Izquierdo

GENERALIDADES DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE: TIPOS y

APLICACIONES

AHORRO DE ENERGIA POTENCIA FIABLE

RESPONSABILIDAD MEDIO AMBIENTAL

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ENERGIA OBTENIDA A PARTIR DEL USO DEL HIDRÓGENO

• Problemas de la obtención del hidrógeno a partir de la electrolisis: costes

• APLICACIONES DEL HIDRÓGENO COMO PRODUCTOR DE ENERGIA

– PILAS DE COMBUSTIBLE EN SUS DIFERENTES MODALIDADES.

– MOTORES DE HIDROGENO DE COMBUSTION

INTERNA (PROYECTO FORD)

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Adolfo Sanz Izquierdo

PILAS DE COMBUSTIBLE

• ¿Qué es una pila de combustible?

– Dispositivo electroquímico que transforma la energía química almacenada en un combustible en energía eléctrica.

• • Ventajas Ventajas

– Rendimiento elevado

– Sin emisiones contaminantes – Bajo nivel sonoro

– Se obtiene, calor residual para otros usos

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PILAS DE COMBUSTIBLE

• Los primeros prototipos de pilas de combustible, fueron desarrollados por un abogado de Londres con afición por la técnica, Sir Willian R. Grove, él denominaba a su desarrollo “bateria de gas” .

• Sus experimentos se basaban en los principios básicos de funcionamiento de una pila de

combustible relaizada unos años antes por el

profesor suizo Christian F. Schoenbein .

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Adolfo Sanz Izquierdo

USOS DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE:

Soluciones estacionarias – Universidades

– Hospitales – DHC

– Depuradoras y Vertederos

Soluciones móviles

– Automoción, propulsión de vehículos

• Terrestres: Coches, Autobuses, Vehiculos aeroportuarios

• Marítimos: Submarinos

• Aeroespacial

PILAS DE COMBUSTIBLE

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COMO FUNCIONA UNA PILA DE COMBUSTIBLE

• Alkaline

• Molten carbonate

• Phosphoric acid

• Proton exchange membrane

• Solid oxide

Tecnologias dísponibles

Waste heat

Fuel (hydrogen)

Electrons Electrons

Water

Platinum catalyst Electrolyte

H+

(hydrogen ions)

Air (oxygen)

Waste

heat fcell

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Adolfo Sanz Izquierdo

Tecnologias de las pilas de combustible

Alkaline

Phosphoric acid

Proton exchange membrane Molten carbonate

Solid oxide

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2007

Patent Portfolio

R&D

Commercial

Issued Pending

Foreign U.S.

682 207

1,666 623

(as of 12/31/06)

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Emisiones de las Pilas de Combustible

1.2

0.6 24.89

1.2

0.6

Average U.S.

fossil fuel plant

Combined cycle gas turbine Microturbine

(Pounds of emissions per 1000 kWh NOx, CO, SOx, Hydrocarbon, Particulates)

Fuel cell 0.5

1.0

0

1.5

20

25

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Adolfo Sanz Izquierdo

CO

2

Emissions

0 1000 2000 3000

Average U.S

.

fossil fuel plant

Microturbine Fuel cell

Combined cycle gas

turbine

Fuel cell (with co- generation)

(Pounds of CO

2

per 1000 kWh)

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NIVEL SONORO

FUNCIONAMIENTO SILENCIOSO

Alta (se necesita insonorización)

Media (se necesita insonorización)

Baja (NO se necesita

insonorización)

Motor de combustión Conversación normal PureCell™ 200 Bajo nivel sonoro

60 dB(A) a 10 m

Tan silencioso que puede instalarse en interiores

Se puede mantener una conversación normal a poca distancia de la pila de combustible

No se necesita insonorización o protección sonora

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Adolfo Sanz Izquierdo

Tipos de Pilas de Combustible

Fuel Cell

Type Applications

Operating

Temperature (ºC) Comments Alkaline

Phosphoric Acid Polymer

Electrolyte Membrane

Molten Carbonate

Solid Oxide

Space

Stationary

80 - 100 Needs pure fuel Long life

High cost 200 - 220

600 - 650 Stationary

Transportation

80 - 100

Short start time, Easily manufactured Size / scalability

Stationary High efficiency

Good co-generation Difficult to manufacture Stationary 650 - 1000 High efficiency

Exotic materials

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Pilas de Combustible Alkalinas

De gran éxito en el programa espacial de E.E.U.U. donde usan hidrógeno puro y oxígeno.

Poco atractivas en aplicaciones terrestres debido a que el

dióxido de carbono reacciona con el electrolito reduciendo asi su eficiencia.

Debido a que no usan materiales preciosos como catalizador

son muy atractivas por su coste para aplicaciones industriales.

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Adolfo Sanz Izquierdo

Pilas PFAC (ácido fosfórico)

Es la tecnología comercialmente suministrable a pesar de que su precio de momento no la hace competitiva con otras formas de producción.

Existen modelos de 50 a 200 Kw.

Más de 270 unidades instaladas en el mundo solo por UTC Power

Más de 7 millones de horas de operación de experiencia.

El coste ha limitado sus posibilidades de éxito

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Pilas PEM (Polymer Electrolyte Membrane)

• Es una de las tecnologias con más futuro .

• Son las pilas usadas por lso principales fabricantes de automoviles.

• Posibilidades de uso en sistema smóviles y estacionarios.

• Pueden usar hidrógeno o otros combustibles como

metanol ó etanol.

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Adolfo Sanz Izquierdo

Pilas de Carbonatos Fundidos (Molten Carbonate)

En principio se consideraban las mejores para aplicaciones comerciales .

Empresas americanas y japonesas han desarrollado sistemas de 250 Kw a 2 Mw.

Pueden usar directamente gas natural sin necesidad de reformado.

Su desarrollo se ha frenado por los avances en las pilas de

óxidos sólidos y los problemas de durabilidad del stack

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Pilas de Óxidos Sólidos

Eficiencia similar o superior a las pilas de carbonatos fundidos.

Dos tipos:

– Tubulares en desarrollo y con posibilidad de comercialización en corto plazo.

– Planas , en desarrollo pero con un gran potencial por su mayor densidad de corriente y menores costes

Se espera comercialización en los próximos años ,

aproximadamente 2010

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Adolfo Sanz Izquierdo

Evolución de costes

PPT02678 R020402

SPACE

2003/4 2010-2020

€/kW

€600,000

WCN 10464

WCN 15802

€4,500

CA0493A

€50 PC25

COMMERCIAL

AUTOMOTIVE TARGET PEM

1992 1980

€1,500

CA1398

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SOLUCIONES ESTACIONARIAS :

PROPUESTA DE VALOR

• AHORRO DE ENERGIA

• POTENCIA FIABLE

• RESPONSABILIDAD MEDIOAMBIENTAL

• CONEXIÓN A RED O EN ISLAS DE ENERGIA DE

ALTA CAPACIDAD

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Adolfo Sanz Izquierdo

PILAS DE COMBUSTIBLE ESTACIONARIAS

• Tecnología empleada PFAC (Ácido fosfórico como electrolito)

• Las aplicaciones practicas que se describen son sobra la unidad PureCell 200 de UTC Power

• Experiencia: más de 270 instalaciones en el mundo instaladas y funcionando en 19 países diferentes.

• Características del equipo 200 Kw. eléctricos y 264 Kw. térmicos

• Posibilidad de usar gas natural o gas anaeróbico

APLICACIONES PRACTICAS

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On-Site Power Solutions Efficiency Advantages

RED

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Adolfo Sanz Izquierdo

PureCell™ Perfil de Proyectos Sistemas con BIOGAS

AHORRO DE ENERGIA POTENCIA FIABLE

RESPONSABILIDAD MEDIOAMBIENTAL

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ENERGIA PROCEDENTE DE GAS PRODUCIDO POR DIGESTION ANAEROBICA

¿De donde obtenemos gas anaeróbico?

• De depuradoras de aguas residuales

• De vertederos

• De purines

¿Qué hacemos con el gas anaeróbico?

– Se puede utilizar para producir energia mediante

• Motores de gas

• Pilas de combustible

– Si sobra ó la cantidad es insuficiente, se quema en lanzas

térmicas con un alto nivel de polución.

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Adolfo Sanz Izquierdo

EL AYUNTAMIENTO DE NUEVA YORK: PIONERO EN ENERGIA VERDE

PureCell™ Power System

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EL AYUNTAMIENTO DE NUEVA YORK: PIONERO EN ENERGIA VERDE

HECHOS:

1997, EL Ayuntamiento de Nueva York instala y opera con éxito una pila de combustible funcionando con Anaerobic Digester Gas (ADG) .

El Ayuntamiento de Nueva York fundo el proyecto de pilas de combustible con ADG en asociación con el Departamento

Americano de Defensa, Centro de Investigación de la Energia del Estado de Nueva York y la Agencia de Protección

Ambiental Americana

La planta genera 200 Kw de electricidad y 260 Kw de calor para usos varios.

Al dia de hoy, el Ayuntamiento de Nueva York dispone de 9 sistemas de pila de combustible PureCell funcionando con ADG en diferentes localizaciones.

Al quemar ADG se considera, de acuerdo con la Federal Clean Air Act una fuente de polución, el uso de PureCell produce beneficios medioambientales.

PureCell™ Power System

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Adolfo Sanz Izquierdo

Departamento de Energia de Nueva York

En el proyecto participó la Agencia Americana de Protección Ambiental

9 unidades funcionando en diferentes depuradoras de aguss residuales

Usan ADG

Se utilizan como fuentes de eliminación del impacto ambiental negativo que realizan los ADG

Se atiende una reivindicación ciudadana de mejor calidad de aire.

EL AYUNTAMIENTO DE NUEVA YORK: PIONERO EN ENERGIA VERDE

PureCell™ Power System

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Octubre 2007

Pila de Combustible OTRAS APLICACIONES

AHORRO DE ENERGIA POTENCIA FIABLE

RESPONSABILIDAD MEDIOAMBIENTAL

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Adolfo Sanz Izquierdo

Soluciones estacionarias de Pilas de combustible PureCell™ Model 5 backup power unit

• Cell towers

• Cable TV

• Wireline & broadband

• Power switching & substations

• Compact design

• 5 kW up to 24 hours

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Pilas de hidrógeno módulares de hidrógeno Sistemas de potencia escalables (future)

Forklifts Airport tows / lifts Truck auxiliary

power units

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Adolfo Sanz Izquierdo

PILAS DE COMBUSTIBLE

Equipo ecológico (RESUMEN):

– Emisiones de contaminantes extremadamente bajas, pueden considerarse nulas

– Muy bajo nivel sonoro

– No se emiten contaminantes , no hay combustión es una pura reacción qúimica .

PureCell™ Power System

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Potencial del Biogas en el medio rural

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Referencias

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