08 junio 2021

Hidrógeno: optimización y seguridad en los procesos. Ejemplo en hidrogenera

Jesús La Parra

Hidrógeno: optimización y seguridad en los procesos. Ejemplo en hidrogenera

El Hidrógeno y el transporte

El Hidrógeno está revolucionando el sector energético de todos los países con su rol de vector energético imprescindible para lograr el reto de la descarbonización total de la economía en un futuro próximo, con unos precios del CO2 en ascenso imparable.

Uno de los sectores clave en los que incidir para este objetivo es el del transporte a todos los niveles (en 2017 supuso el 27% de las emisiones totales de la UE), rodado (19,35%), marítimo (3.61%) y aéreo (3,77%) [1].

El transporte rodado está transformándose por las cada vez más restrictivas normas anticontaminación (Euro 7 y fin de los motores de combustión prevista para 2040 [2]). Para su descarbonización existen varias vías: su electrificación mediante baterías o con pila de combustible e Hidrógeno libre de emisiones, o quemando directamente H2 en motores adaptados para ello.

Las hidrogeneras y sus procesos

Centrémonos en la infraestructura asociada al transporte con H2, las hidrogeneras o Hydrogen Refuelling Stations (HRS). Estas instalaciones combinan múltiples procesos en cascada hasta lograr el repostaje como se resume en el siguiente esquema:

Procesos implicados en una hidrogenera [3]

Cada eslabón del proceso lleva asociados componentes cuya operación y seguridad deben optimizarse al máximo para mejorar la rentabilidad de estas instalaciones y reducir el precio de venta del Hidrógeno.

Schematic of station dispenser with FCEV CHSS (from ISO/TS 19880-1:2016 [8])

Esquema de una hidrogenera [4]

Protocolos de repostaje y margen de optimización

Centrándonos en la parte de refrigeración y dispensado, existen protocolos de repostaje de obligado cumplimiento que imponen límites de seguridad.

Rangos operativos en el repostaje [5]

Concretamente, la norma SAE J2601 establece una serie de rangos operativos relacionados con la seguridad que de no cumplirse interrumpirían el proceso de forma automática. Destaca la temperatura del tanque del vehículo (debe ser < 85ºC) y la temperatura del H2 a suministrar (-40ºC). Todos los rangos están tabulados y tienden a ser conservadores, sin aprovechar parte de los avances tecnológicos como la comunicación bidireccional entre vehículo y HRS. Es decir, se aplica un control estático.

Parámetros tabulados para repostaje a 700bar [5]

Si se aplicasen controles dinámicos, considerando la variabilidad de los parámetros y su interrelación, se podría aprovechar parte del margen no utilizado. Por ejemplo, relajando el requisito de temperatura del tanque en 1ºC (86ºC), lograríamos un +1,5ºC en la temperatura de preenfriamiento del H2 (-38,5ºC) con importantes ahorros energéticos y una mayor velocidad de repostaje como se resume en las siguientes gráficas.

Efectos del control dinámico en el repostaje [6]

Así pues, queda patente que el Hidrógeno tiene un futuro prometedor en el sector del transporte, con múltiples procesos a optimizar e interrelacionar para maximizar su rentabilidad manteniendo la seguridad en todo momento. Para este cometido, las tecnologías relacionadas con modelos de simulación y Digital Twin pueden ser de gran ayuda. Tecnatom, la casa matriz detrás de Soul Energy, tiene amplia experiencia en ambos campos, por lo que te invitamos a unirte al Programa de Cadena de Valor del Hidrógeno Verde que ya está disponible.

No olvides revisar nuestros últimos artículos, donde encontrarás mucha más información sobre los temas relacionados con lo programas que ofrece Soul Energy, y verlos todos más en detalle en la web. Además, mantente al tanto de todo lo que tenemos para ti en nuestras redes, siguiéndonos en LinkedIn, Instagram y Facebook.

Referencias

  1. https://www.europarl.europa.eu/news/es/headlines/society/20191129STO67756/emisiones-de-aviones-y-barcos-datos-y-cifras-infografia
  2. https://www.xataka.com/vehiculos/euro-7-senala-fin-motores-combustion-estricta-norma-que-ha-llevado-a-audi-volvo-a-abandonar-sus-desarrollos-diesel-gasolina
  3. SHELL hydrogen study, energy of the future? https://epub.wupperinst.org/frontdoor/deliver/index/docId/6786/file/6786_Hydrogen_Study.pdf
  4. ISO 19880-1:2020 Gaseous hydrogen — Fuelling stations
  5. SAE J2601, Fuelling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen Surface Vehicles
  6. NREL How Advanced Hydrogen Fuelling Protocols can Improve Fuelling Performance & H2 Station Design, https://www.nrel.gov/docs/fy20osti/77368.pdf

Generamos estrategias, ideas, tecnología y soluciones

Derechos de autor © 2019 Tecnatom S.A. Todos los derechos reservados