Energias Renovables. Hidrogeno - Asociación de Universidades ...

ENERGIAS RENOVABLES.
HIDROGENO COMO COMBUSTIBLE Y
COMO MATERIA PRIMA DE LA
INDUSTRIA QUIMICA
MIGUEL A. LABORDE
Laboratorio de Procesos Catalíticos
Facultad de Ingeniería
UBA

0. Características
TEMARIO
1. Aplicaciones tradicionales en la industria
2. Consumo
3. Hidrogeno como combustible.
3.1. Pilas de combusible
4. Tecnologías convencionales de fabricación
5. Nuevas tecnologías y nuevas materias primas.
6. Almacenamiento
7. Aplicaciones del H2 como combustible.
Perspectivas
8. H2 en el mundo y en Argentina

ES PELIGROSO EL HIDROGENO?
•Es un gas incoloro, inodoro, insípido y no es tóxico
•Pasa a ser un liquido a -253ºC
•Propenso a fugas debido a su baja viscosidad y a que es muy
liviano.
Su densidad es 0.08432 mg/cm 3
•Torna quebradizos a algunos aceros a altas presiones y temperaturas
•Es inflamable. Quema con una llama celeste, casi invisible que
asciende rápidamente causando menos daños que las llamas
producidas por hidrocarburos
•Las mezclas con aire son explosivas. Como prevención se debe tener
la ventilación adecuada

El hidrógeno (H 2 )
Sus aplicaciones tradicionales
(un viejo conocido de la industria química...)

Aplicaciones Convencionales del Hidrógeno
Gas de Síntesis
H 2 + CO (CO 2)
Refinerías
Industria alimenticia
Síntesis de amoníaco
Obtención de peróxido de hidrógeno
Industrias:
farmacéutica
de la química fina
electrónica
Industrias Químicas y Petroquímica
Metanol, isocianatos, ácido acético, acetatos
Industria Siderúrgica. Hierro esponja
Industria del vidrio

Consumo de Hidrógeno. Distribución según el tipo de aplicación
8%
9%
3% 8% Química y Petroquímica
Electrónica
Metalúrgica
37%
8% 5%
50%
72%
Amoníaco
Refinerías
Metanol
Otras
Aeroespacial
Otras
FERTILIZANTES

Producción Mundial de Hidrógeno
Distribución por Fuente de
Energía Primaria
30%
18%
4%
48%
Electrólisis
Gas Natural
Petróleo
Carbón
El 95% de la producción de H 2 es “cautiva”, es
decir, consumida en el mismo sitio de su producción

Producción de hidrógeno en Argentina
Empresa
Profértil
PASA S.A.
Fábrica militar
YPF S.A.
YPF S.A.
Resinfor Metanol S.A.
YPF S.A.
Siderca
Siderar
Air Liquide
AGA
Hidrogenación de
aceites
Localización
Bahía Blanca
Campana
Río Tercero
Ensenada
Plaza Huincul
Gral San Martín
Luján de Cuyo
Campana
San Nicolás
Producto final
Amoníaco, urea
Amoníaco, urea
Amoníaco
Metanol
Metanol
Metanol
JP
Hierro esponja
Hierro esponja
Gases especiales
Gases especiales
Capacidad
(t/a)
720000
1.100.000
115000
12000
25000
400000
50000

El hidrógeno hidr geno (H2) como combustible
Alimentando un motor de combustión
interna (fuentes móviles)
SU COMBUSTIÓN SOLO PRODUCE VAPOR DE AGUA
Alimentando una pila de combustible
(fuentes móviles y estacionarias)
PRODUCE ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE LA REACCION CON EL
OXIGENO DANDO SOLO AGUA

PROBABLE ESCENARIO ENERGETICO EN EL 20…¿?¿
EQUIPADO CON UNA PILA DE
COMBUSTIBLE ALIMENTADA CON
HIDROGENO.
POR EL CAÑO DE ESCAPE SALE VAPOR DE AGUA
ENERGIA ELECTRICA Y
CALEFACCION CON UNA PILA DE
COMBUSTIBLE ALIMENTADA CON
HIDROGENO (1 a 5 kW)

Sir William Grove
(1839)
Pilas de Combustible
Principio de Funcionamiento
HIDROGENO + OXIGENO = AGUA + CALOR + ELECTRICIDAD
SIMILARES A LA BATERIA DE UN AUTO

Beneficios de las Pilas de Combustible
Muy eficientes en la conversión de energía química en energía
eléctrica. Esta eficiencia es independiente de la escala.
Confiables y silenciosas, ya que no tienen partes móviles.
Proveen energía en forma continua.
Flexibles con respecto a diferentes combustibles.
No generan contaminación atmosférica.
Simplicidad de escalado respecto a la demanda energética.
Energía distribuida

Alta densidad energética en base másica
Bajo peso de combustible en los tanques de almacenamiento.
Gran disponibilidad
Puede producirse a partir de variadas materias primas
(renovables y no renovables).
Combustible “limpio”
H 2 como combustible vehicular
Ventajas frente a los combustibles fósiles
Densidad energética (MJ/kg)
120
50
Combustión con O2 sólo produce agua (aunque con ciertas
relaciones H2/aire, produce NOx)
44,5
H2 Gas Natural Nafta

H 2 como combustible vehicular
Desventajas frente a los combustibles fósiles
Baja densidad energética en base volumétrica
Tanques de almacenamiento grandes y pesados
Transporte y almacenamiento
Costosos y de difícil implementación
Densidad energética (MJ/Nm3)
La obtención de H2 “in situ” (a bordo de los vehículos) a
partir de hidrocarburos o alcoholes parece ser una
alternativa razonable
10,7 39
H2 Gas Natural
Densidad energética (MJ/litro)
8,24
30,96
LH2 Nafta

H 2: combustible secundario
No se encuentra libre en la naturaleza
Siempre está unido a otros átomos (C, O)
Se debe consumir energía para obtenerlo

El carácter limpio y no contaminante
del H 2 como combustible dependerá
de la materia prima que se utilice
para obtenerlo, del proceso y del
origen de la energía requerida.
H 2
H 2
H 2
H 2

TECNOLOGÍAS TECNOLOG AS ACTUALES
DE PRODUCCIÓN PRODUCCI N DE H 2
GAS NATURAL (Reformado)
Gas Natural + agua = H2 + óxidos xidos de carbono (CO2 + CO)
AGUA Y ELECTRICIDAD (Electrólisis)
(Electr lisis)
La energía energ a puede ser eólica e lica o solar
Agua = H2 + O2

NUEVAS TECNOLOGÍAS TECNOLOG AS DE
PRODUCCIÓN
PRODUCCI
DE H 2
A PARTIR DE BIOMASA

BIOMASA
Es el sustituto orgánico renovable mas importante.
Entre las energías renovables, en EEUU es la segunda
fuente de energía primaria, solo superada por la
hidroeléctrica
MATERIAS
PRIMAS
residuos animales
residuos
municipales
residuos agricolas
plantas
residuos de papel
granos, madera

Materias primas renovables. Ciclo de CO 2
CO 2
C
Hidrocarburos
Gas Natural
Metanol
CO 2

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE
HIDROGENO
1 kg = 11 m 3 en CNPT

GAS COMPRIMIDO
LOS OMNIBUS EMPLEAN TANQUES A 350 BARES
PROYECTOS MAS RECIENTES LLEGAN A 700 BARES
GNC: 200-250 bar
HIDROGENO LIQUIDO
A -250ºC Y 1 BAR,
DENSIDAD 70,8 Kg/m 3 (como gas 0.08432 Kg/m 3 )
TANQUES CRIOGENICOS CON MEZCLAS BIFASICAS A
3-10 BAR
•TECNOLOGIAS EN EL MERCADO
•INVESTIGACIONES SOBRE MATERIALES MAS LIVIANOS.
•CONSUMO ENERGETICO

HIDRUROS METALICOS (sólidos) (s lidos)
GM y la Universidad de Purdue
Desarrollaron un sistema de almacenamiento de
hidrógeno para coches que hace posible llenar un
depósito de combustible de un vehículo en poco
menos de cinco minutos, con el hidrógeno suficiente
como para conducir durante 480 kilómetros.
El sistema utiliza un hidruro metálico que absorbe el
hidrógeno. Se necesita un intercambiador de calor,
el refrigerante que circula a través de los tubos y
el dispersador que elimina el calor generado cuando
el hidrógeno es absorbido por el polvo.

VENTAJAS DEL H 2 COMO
COMBUSTIBLE
• Reducción de Gases Efecto Invernadero
• Energía segura
• Reducción de la contaminación local
• usar pilas de combustible/H 2
• H 2 como combustible de un motor de
combustión interna

Eficiencia de un ómnibus con gasolina y motor
de Combustión interna: 25-30%.
+ Ruido + contaminación
Eficiencia de un ómnibus con pila de
combustible/H2: 40% (50% en un futuro)
No contamina y es silenciosa

VEHICULOS A BATERIA O VEHICULOS A
PILA DE COMBUSTIBLE/H2
COCHES ELECTRICOS A BATERIA
El tamaño, peso y baja densidad
energética de las baterías limitan su
empleo a zonas urbanas y a vehículos
pequeños.
Para vehículos grandes y largas distancias
la pila de combustible/H 2 lleva ventaja:
MAS POTENCIA Y MAS AUTONOMIA

OTRAS APLICACIONES
Fuentes móviles: SUBMARINOS
Alemania y España tienen proyectos para reemplazar los
submarinos nucleares por submarinos alimentados con pila
de combustible/H2 .
Alemania: tanques criogenicos (H2 liquido).
España: tanques de alcohol/agua y reformado.
Fuentes estacionarias:
Viviendas (pilas entre 3 y 5 kW)

¿H 2 “centralizado” o “descentralizado” ?

H2 centralizado
Producido en grandes plantas
• distribuido por circuitos logísticos
• grandes infraestructuras de
transporte
• mega proyectos
• concentración de poder
• lobby, cartelización y todo lo ya
conocido de la era fósil…

Hidrógeno descentralizado:
Producido localmente en casas, autos, labs,
edificios...
no hace falta distribuirlo, mayor eficiencia
(a lo sumo electricidad, en zona urbana )
no hace falta infraestructura de transporte
(a lo sumo líneas de tensión)
mayor democratización de la energía
mayor desconcentración de poder
mayor penetración de renovables y limpias
mayor calidad ambiental

ed europea entre
Bélgica, Francia Holanda
y Alemania
Red de 16 000 km de cañería de hidrógeno en el mundo que
entrega hidrógeno a las refinerías o plantas químicas.

Rutas equipadas con estaciones de servicio de hidrógeno
Diseño y construcción de la nueva generación de autobuses de pilas
de combustibles o de motor de combustión interna alimentados con
hidrógeno

PRIMER OMNIBUS DE HIDRÓGENO DE AMÉRICA
LATINA RECORRE LAS CALLES DE SAO PAULO
El autobús es híbrido: usa hidrógeno, tres baterías de gran potencia o
ambas cosas a la vez.
Cuando funciona sólo con hidrógeno, puede recorrer unos 300 km, y
recorre 40 km adicionales sólo con las baterías
El hidrógeno que usa el autobús se obtiene por electrólisis
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, el Ministerio de
Minas y Energía de Brasil y la Compañía de Transporte Urbano de la
ciudad de Sao Paulo.
Consorcio compuesto por las compañías de energía de Brasil AES
Eletropaulo y Petrobras, y los fabricantes de autobuses Marcopolo y
Tuttotrasporti.
Los socios internacionales son Ballard Power Systems e Hydrogenics
(ambas de Canadá), Epri International (EE.UU.) y Nucellsys
(Alemania).

Y en Argentina…?
Considerado tema prioritario por el Ministerio de
Ciencia Y Tecnología
Grupos de I + D de primer nivel investigando en
producción, almacenamiento, transporte y
aplicaciones (pilas de combustible) y que están
alcanzando logros importantes
Hay una ley de promoción del hidrógeno sancionada
hace tres años pero aun no reglamentada
Con excepción de ENARSA, las empresas aun no se
muestran interesadas en invertir en proyectos
relacionados con el hidrógeno

AGENCIA NACIONAL DE PROMOCION
CIENTIFICA Y TECNOLOGICA
PROYECTO DE AREA ESTRATEGICA
PAE
HIDROGENO, PRODUCCION, USOS,
ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
TRANSPORT
Mas de 100 investigadores
CONICET
UBA
CNEA
ENARSA
EDESUR
CONUAR
INVAP

FIUBA- DIQ - LPC
PLANTA PILOTO DE PRODUCCION DE
HIDROGENO PARA ALIMENTAR UNA
PILA DE COMBUSTIBLE DE 1 Kw
A PARTIR DE ALCOHOL ETILICO (ETANOL)
EL QUE SE VENDE EN LAS FARMACIAS
ESTE ALCOHOL SE OBTIENE DE LA CAÑA DE
AZUCAR O DE RESIDUOS Y POR ENDE ES
UNA MATERIA PRIMA RENOVABLE

OBJETIVO
DESARROLLAR Y PATENTAR LA
TECNOLOGIA DE PRODUCCION DE
HIDROGENO A PARTIR DE
ETANOL

REFLEXION FINAL
A partir de la revolución industrial, la generación energética se ha
basado en combustibles fósiles. Las tecnologías asociadas, a su
vez,
fueron evolucionando. La máquina de vapor cedió paso a los
motores
de combustión externa y, luego, a los de combustión interna.
En el siglo XXI, con las pilas de combustible, daremos un paso
más al movernos de la combustión interna a la “combustión nula”.
Las pilas combustibles son piezas clave pero integradas en un
nuevo esquema que debe incluir además la generación energética
a partir de recursos renovables.
Por este motivo, hay que comenzar a pensar en la diversidad de
materias primas y de tecnologías. Existen múltiples alternativas:
sólo hay que tener la capacidad intelectual para elegir la más
adecuada para cada escenario, teniendo en cuenta el impacto
ambiental, la generación de mano de obra y la disponibilidad de
materias primas locales.

SE AGOTEN O NO LOS RECURSOS FOSILES
HAY QUE DEJAR DE EMITIR CO 2 A LA
ATMOSFERA
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

1. Energia y Medio Ambiente
Contaminación debida al
transporte
2. Recursos fósiles
Matrices energéticas
Reservas
3. Energías Alternativas
Biodiesel, bioetanol
Alimentos-Energía
4. Hidrógeno
4.1. Aplicaciones tradicionales en
la industria
4.2. Consumo
TEMARIO
4.3. Hidrogeno como combustible.
4.3.1. Pilas de combusible
4.4 Tecnologías convencionales de
fabricación
4.5. Nuevas tecnologías y nuevas
materias primas. Cambio de escala
4.6. Costos
4.7. Almacenamiento
4.8. Aplicaciones del H2 como
combustible. Perspectivas
5. Biorefinerias
6. Producción de hidrógeno por
reformado de etanol
Planta Piloto de 1 kW

BIOREFINERIAS
La biomasa es la única fuente sustentable para generar energía y
carbón orgánico para la sociedad industrial
Para el 2030, el 20% del transporte funcionará con energía proveniente
de la biomasa y el 25% de los productos químicos serán obtenidos de
la biomasa
“The Roadmap for Biomass Technologies in the U.S”, Biomass R&D Technical Advisory Committee, US Department of
Energy, Accession No. ADA 436527, 2002
EEUU podría producir 1.3 billones de toneladas de biomasa seca sin afectar
las prácticas agrícolas ni la provisión de alimentos. El alcohol de maíz y el
biodiesel de aceite no pueden cumplir con este nivel de producción.
Hay que desarrollar tecnologías que permitan procesar grandes cantidades
de lignocelulosicos.
R. D. Perlack, et al. Biomass as Feedstock for a Bioenergy and Bioproducts Industry: The Technical Feasibility of a
Billion-Ton Annual Supply, Report No. DOE/GO-102995-2135; Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, 2005.
Available electronically at http://www.osti.gov/bridge.

BIOREFINERIAS
La biorefineria es una unidad que integra los procesos de conversión
de biomasa y los equipos necesarios para producir combustibles,
energía y productos químicos
BIOMASA
Semillas
Residuos
Granos
Crecimiento
Celulosa
Hemicelulosa
Fibras
Almidon
Aceite
Lignina
Alimentación
cruda Productos de
extracción
Fotosíntesis
H2O
Carbohidratos
Aromaticos
Glicerol
Acidos grasos
Biopolimeros
Productos de
proceso
CO2
Conversiones
mecánicas/
químicas/
biológicas
Operaciones
complejas
combustibles
Potencia
calor
Quimicos
plasticos
Alimentos
drogas
materiales

P/atm
200-
Hidrogenación,
hidrogenólisis
100-
Isomerización,
condensación
aldolica,
oxidación
Fase líquida
Reformado en
fase líquida
Licuefacción
Fase vapor
J. A. Dumesic et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2 – 22
Procesos
Petroquímicos
Reformado con vapor
Pirólisis Gasificación
473 673 873 1073
T/K
Procesos
petroquímicos:
alta temperaturafase
vapor
Procesos
derivados de
la biomasa:
temperaturas
medias, fase
líquida

REFORMADO CATALITICO EN FASE ACUOSA (RFA) DE
POLIOLES PARA PRODUCIR:
H2+CO2 O GAS DE SINTESIS (H2 + CO)
C n H 2y O n = nCO + yH 2
H 2 O + CO = H 2 + CO 2 (WGSR)
RFA evita la evaporación de los reactivos (ahorro de energía)
RFA ocurre a temperaturas donde la WGSR es favorable (mas H 2)
Los polioles son portadores de H2 fáciles de transportar (fase
liquida).
Glicerol; subproducto del biodiesel

1. Energia y Medio Ambiente
Contaminación debida al
transporte
2. Recursos fósiles
Matrices energéticas
Reservas
3. Energías Alternativas
Biodiesel, bioetanol
Alimentos-Energía
4. Hidrógeno
4.1. Aplicaciones tradicionales en
la industria
4.2. Consumo
TEMARIO
4.3. Hidrogeno como combustible.
4.3.1. Pilas de combusible
4.4 Tecnologías convencionales de
fabricación
4.5. Nuevas tecnologías y nuevas
materias primas. Cambio de escala
4.6. Costos
4.7. Almacenamiento
4.8. Aplicaciones del H2 como
combustible. Perspectivas
5. Biorefinerias
6. Producción de hidrógeno por
reformado de etanol
Planta Piloto de 1 kW

INSTITUCIONES
CONICET
CNEA
UBA
EMPRESAS
ENARSA
INVAP
EDENOR
GRUPOS DE I+D+I
CAB (CNEA)
CAC (CNEA)
CINDECA (CONICET-UNLP)
(CONICET UNLP)
CITEFA
INCAPE (CONICET-UNL)
(CONICET UNL)
INGAR (CONICET-UTN)
(CONICET UTN)
INIFTA (CONICET-UNLP)
(CONICET UNLP)
INTEQUI (CONICET-UNSL)
(CONICET UNSL)
LPC (FIUBA)
PLAPIQUI (CONICET-UNS)
(CONICET UNS)
OTORGADO
PME: 3.700.000 $
PID: 3.000.000 $
PICT: 3.000.000 $
PRH: 3.000.000 $
PRAMIN: 600.000 $
+100 PERSONAS,
ENTRE
INVESTIGADORES
Y BECARIOS

EL HIDRÓGENO HIDR HIDRÓGENO GENO COMO VECTOR ENERGÉTICO
ENERG ENERGÉTICO TICO
Producción Purificación Compresión Transporte
Renovable
limpio
Almacenamiento
Uso en
dispositivos

DIGESTION
ANAEROBICA
BIOMASA
BIOLOGICO TERMOQUIMICO
FERMENTACION
CH4 C2H5OH
REFORMADO
WGS
H2/CO2
PIROLISIS
H2/C
REFORMADO
WGS
H2/CO2
PROCESOS
FOTOBIOLOGICOS
H2/O2
Ninguno se encuentra actualmente
disponible en forma comercial
Bajas producciones 1m 3 /h
WGS
H2/CO2
GASIFICACION PIROLISIS
H2/CO CH4/CO2
SINTESIS
CH3OH/CO2
REFORMADO
WGS
H2/CO2
SEVERA
H2/C
Altas producciones
700.000 ton/a
BIO-OIL
REFORMADO
WGS
H2/CO2

Esquema Planta Piloto de 1 kW. Usos y aplicaciones
C H O H
2 5
H O
2
Amoniaco
Metanol
Heat Supply
Reformer Unit
CO
2
2
H O
CH
4
H2
CO
WGS Shift
O2 or Air
Gas de síntesis MCFC & SOFC PAFC
SOFC (Pilas de óxido sólido)
Aplicaciones estacionarias y móviles,
potencia auxiliar para vehículos.
MCFC (Pilas de carbonato fundido)
Aplicaciones estacionarias y marinas.
CO < 2 %
PROX
PAFC (Pilas de ácido fosfórico)
Aplicaciones estacionarias.
CO < 10 ppm
PEFC
PEM (Pilas de membrana polimérica)
Fuentes móviles. Automóviles y
aplicaciones portátiles.

CATALIZADORES
REFORMADO DE ETANOL CON VAPOR: C 2 H 5 OH + 3H 2 O = 2CO 2 + 6H 2
Metales nobles: rutenio, rodio, platino
Metales de transición: Níquel, cobalto
WATER GAS SHIFT (WGS): CO + H 2 O = CO 2 + H 2
Catalizador comerciales de cobre (Cu/Zn/Ba/Al)
Ctalizadores de cobre/niquel/ceria
COPROX: CO + ½ O 2 = CO 2 H 2 + ½ O 2 = H 2 O
Metales nobles: Pt
Catalizadores de cobre/ceria

REFORMADO DE ETANOL CON VAPOR
Alcohol
H 2 O
REACCION ENDOTERMICA,
PRESION ATMOSFERICA, T= 550-700ºC,
Reacciones múltiples
Productos finales: CH 4, CO, CO 2, H 2
Posible formación de carbón
La relación agua/etanol puede definir el balance térmico
del sistema
54%
9%
8%
19%
10%
H2 CO2 H2O Inertes CO

54%
CONVERSION DE CO (LTWGSR)
9%
8%
19%
10%
H2 CO2 H2O Inertes CO
CO + H 2O = CO 2 + H 2
UNA SOLA REACCION EN JUEGO
Controlada por el equilibrio
WGSR
Reacción ligeramente exotérmica, Presión atmosférica, T = 180-250 ºC
Catalizador de Cu/Zn/Ba/Al 2 O 3 COMERCIAL
El catalizador se desactiva lentamente por efecto de la temperatura
Alternativa: catalizador de Cu/Ni/CeO 2
62%
2%
15%
10%
H2 CO2 H2O Inertes CO
11%
Distribución de productos
adecuada para pilas de alta
temperatura

62%
OXIDACION PREFERENCIAL DE CO
(COPROX)
2%
15%
10%
H2 CO2 H2O Inertes CO
11%
REACCION MUY EXOTERMICA ,
PRESION ATMOSFERICA, T = 120-250 ºC
DOS PUNTOS CLAVES:
O 2
ENCONTRAR CATALIZADORES QUE SEAN ACTIVOS Y
FUNDAMENTALMENTE SELECTIVOS!
DISEÑO ADECUADO DEL REACTOR
CO + ½ O 2 ↔ CO 2
H 2 + ½ O 2 ↔ H 2 O
H 2 grado
celda
PEM
FC

DISEÑO DE REACTORES
(para una pila de 1kW)

ESQUEMA DEL REFORMADOR (Reactor Tubular)
Productos de
Combustión
C H O H
2 5
H O
2
Tg
Aislación
Gases Chamber
Refractario
Reactor de Lecho fijo
H
2
C O
C O
2
2
H O
C H
4

Diseño de Reactores
Combustible: Etanol
Reactor tubular de lecho fijo
Reformador
Volumen del reformador
Volumen del reformador y combustión
Volumen total (más aislación y refractarios)
44 cm 3
80 cm 3
2245 cm 3

WGS - Resultados
H2
CO (8%)
CO
2
H O
2
CH
4
Water Gas Shift Reactor
CO + H O ↔ H + CO ∆H = −41.1
kJ/mol rx#1
2 2 2
o
298
Q=0
Operación adiabática
Volumen Total= 1462 cm 3
Conversión Total CO = 96%
1% CO
Volumen total = 921 cm 3
Conversión Total CO = 87%
H 2 (52%)
CO (0.3%)
CO Molar Fraction
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
Volumen
Longitud del tubo
Diámetro del tubo
Temperatura de
entrada
Diámetro de
partícula
0.00
120
0 5 10 15 20 25 30 35
Reactor Axis
1462 cm 3
36.5 cm
7.2 cm
127.1 ºC
0.05 cm
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
Temperature [ºC]

CO-PrOx Reactor con refrigeración. CO Input: 0.75 %
d t =2.4
Co Molar Fraction
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0.000
0 10 20 30 40
Reactor Axis [cm]
Inerte (Carburo de silicio - CSi)
220
210
200
190
180
170
Temperature [ºC]
d t =1.7
Rx Vol =102 cm 3
Total Vol = 203 cm 3

REACTORES: Síntesis para 1 kW y pureza grado PEM
REACTOR
Lecho fijo
REFORMADOR
WGS
COPROX
VOLUMEN
(LITROS)
2,4
1,5
0,2

Integración Energética

Eficiencia neta del sistema integrado
La eficiencia neta del sistema η se define como la potencia eléctrica neta
producida por el sistema (obtenida sustrayendo de la energía total producida, la
energía eléctrica necesaria para operar los equipos auxiliares como bombas y
compresores) dividida por el valor calorífico inferior (LHV) de todo el etanol
consumido (etanol de proceso + etanol combustible).
η =
P
elec
FC add
LHV ( f + f )
fuel fuel fuel
Etanol procesado en
el reformador
Potencia eléctrica neta del sistema
Valor calorífico inferior del etanol Etanol usado como
combustible

Condición Operativa óptima
Condiciones Óptimas del
Reformador
Temperatura: 709 °C
Relación Molar Agua/Etanol: 4
Eficiencia Neta: 38%
Eficiencia del Procesador: 80.5%

INVESTIGADORES
Dra. Norma AMADEO
Ing. Graciela BARONETTI
Dra. Beatriz IRIGOYEN
Dr. Miguel LABORDE
Dra. Susana LARRONDO
Dr. Fernando MARIÑO
Dra. Lorena BERGAMINI
Tco. Roberto TEJEDA
Dr. Matías Jobbagy (INQUIMAE)
DOCTORANDOS
Ing Pablo GIUNTA
Ing. Laura DIEUZEIDE
Ing. Máximo MORENO
Ing. Adriana ROMERO
Ing. Cecilia GRASCHINSKY
ALUMNOS
Joaquín Ubogui
Ignacio Llera
Eduardo Poggio
Agustín Sarto
Victoria Ianobelli

INGAR
Integrantes
Grupo de Ingeniería de Procesos
Dr. Pio Aguirre (director)
Dr. Miguel Mussati
Dr. Javier Francesconi
Ing. Roberto Mato
Dr. Eduardo Miró
Ing. Diego Oliva

GRACIAS POR SU ATENCION

ENERGIAS
RENOVABLES
MEDIO
AMBIENTE
FUENTES
ESTACIONARIAS
RECURSOS
FOSILES
FUENTES
MOVILES

EFECTO INVERNADERO
CO 2 , CH 4 y N 2 O SON LOS GASES PRINCIPALES
RESPONSABLES DEL EFECTO INVERNADERO
BIOSFERA
Moléculas de CO 2 ,
CH 4 y N 2 O

MOTOR DE COMBUSTION
En 1860 el belga Etienne Lenoir patenta en Francia el primer motor
a explosión.
En 1867 el alemán Gottlieb Daimler presenta en la Exposición de
Paris el primer auto propulsado con un motor de combustión interna.
Por que el mundo optó por el motor de combustión en lugar
de hacerlo por la pila de combustible?

Nafta
Fuel oil
Residuos de
destilación
Asfaltos
Carbón
H 2
Metano
LPG
Nafta
Biomasa
Reformado con
vapor
Oxidación
parcial
O 2
En el mundo, el reformado de
GN con vapor es el proceso
mas empleado en la industria
para fabricar H 2
A PARTIR DE HIDROCARBUROS
Vapor
Vapor
Absorbedor
de CO2
Aire (N 2 )
Gas de Síntesis
H 2
CO
CO 2
Reformado
secundario
Shift conversion
(WGS)
Metanador
Acido acético
Isocianatos
Metanol
Oxo-alcoholes
Combustible
sintético
CO 2
Amoníaco
CO puro
H 2 puro

Costo $/kg para tecnologías existentes
Costos para produccion distribuida: No hay costo
de distribucion. Los costos 1 y 3 no pueden
separarse. No hay costo asociado a la tecnoloiga
de secuestro y captura de CO2. Se asume que
todo el CO2 producido se ventea a la atmosfera.
Costos para produccion
centralizada y media: (1)
costo de produccion y
almacenamiento en el sitio,
(2) costo de distribucion
(costo del transporte por
cañerias o camiones
criogenicos a las estaciones
de servicio), (3) costo de
compresion y
almacenamiento en las
estaciones de servicio, (4)
costo asociado a la
tecnologia de secuestro y
almacenamiento de CO2,
(5) costo imputado a la
emision de CO2 a la
atmosfera ($50 por
tonelada metrica de
carbon).