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Sistema híbrido solar para producir hidrógeno

1 Oct

Es normal que se identifiquen las placas solares que vemos en las azoteas con la producción de electricidad capturando la luz solar, pero un ingeniero de la Universidad de Duke (EE.UU.) está convencido de que hay un camino diferente para conseguir más energía de los rayos del sol. Nico Hotz  propone un sistema híbrido en el que se utiliza la radiación solar para calentar una mezcla de agua y metanol en una espiral de tubos, provocando unas reacciones catalíticas que producen hidrógeno, todo ello de una manera más eficiente que la tecnología actual. Ese hidrógeno puede luego almacenarse en forma de pila de combustible.

Teniendo en cuenta que la exergía es la porción de la energía que puede transformarse en trabajo útil, Hotz realizó comparaciones de su sistema híbrido con otras tres tecnologías, demostrando que el híbrido alcanzaba valores del 28,5% en verano y 18,5% en invierno, frente al 5-15% (verano) y 2,5-5% (invierno) de los sistemas convencionales.

A cierta distancia, este sistema híbrido solar puede hacernos creer que se trata de unas placas solares más, pero en realidad son una serie de tubos de cobre recubiertos con una fina capa de aluminio y óxido de aluminio, y una parte de nanopartículas catalíticas. La mezcla de agua y metanol discurre por el interior de estos tubos, que están sellados al vacío. Este sistema permite que el 95% de la luz del sol pueda ser absorbida, consiguiendo temperaturas de hasta 200ºC en el interior de los tubos, mientras que en un colector térmico solar estándar el agua alcanza temperaturas de solo 60-70ºC. Esas altas temperaturas y los catalizadores, es lo que produce el hidrógeno.

En el esquema de arriba está descrito el funcionamiento. El hidrógeno resultante (H2) se puede enviar durante el día a una pila de combustible para suministrar electricidad a la vivienda, o bien comprimirlo y almacenarlo en un tanque para abastecer de energía más tarde. Los análisis económicos demuestran además que este sistema híbrido solar, que utiliza metanol, es el más barato de todos los ecológicos, pero aún sigue siendo superado por el que emplea combustibles fósiles.

Fuente: Blog.is-arquitectura

Se ensaya en Estados Unidos una locomotora de hidrógeno

10 Mar

Novísima tecnología basada en la aplicación de la célula de hidrógeno como fuerza motriz

La segunda megacompañía ferroviaria estadounidense, la Burlington Northern Santa Fe, BNSF, está desarrollando un interesante e innovador experimento basado en la aplicación de la célula de hidrógeno como fuerza motriz, por primera vez en una locomotora, concretamente una locomotora pesada de maniobras “switch locomotive”, en el argot ferroviario yanqui.

La propulsión por célula de hidrógeno como sustitutivo de los motores de combustión interna diésel o de encendido por chispa ( los motores de gasolina habituales en la automoción ) viene siendo aplicada experimentalmente en los automóviles desde hace años. Se habla del hidrógeno como el combustible del futuro, aunque exista cierto escepcticismo en torno a ello.

Sin embargo, la pila de combustible es objeto de continuado desarrollo y estudio por empresas tan importantes como Daimler- Benz, Toyota, Ford, General Motors, Citroën, Volkswagen, etc. consiguiéndose avances tanto en rendimiento como en consumos. En España, concretamente en Madrid, existe o existía un autobús experimental de la Empresa Municipal de Transportes, con tecnología Daimler- Benz, movido por pila de combustible.

locomotora hidrogeno

Ahora por primera vez surge un proyecto destinado a la tracción ferroviaria; el departamento de Ingeniería y Tracción de la compañía BNSF, en colaboración con la compañía privada de ingeniería sita en Denver (Colorado ),Vehicle Projects LLC, ha acometido en los talleres de la BNSF en Topeka, Kansas, los estudios pertinentes para el diseño de la locomotora movida por pila de hidrógeno.

En una explicación rudimentaria sumamente básica y sencilla, la pila de hidrógeno consiste en una reacción electroquímica que combina hidrógeno y oxigeno para producir electricidad . En tanto que se dispone de combustible (hidrógeno y oxígeno) se produce continuamente electricidad que genera la fuerza necesaria para mover el vehículo. El oxígeno se encuentra en la atmósfera mientras que el hidrógeno debe producirse.

Fuentes de las entidades citadas han afirmado que la locomotora de pila de hidrógeno reúne grandes ventajas como la muy considerable reducción de la polución, y especialmente el hacer frente al enorme aumento de los precios del petróleo y derivados. Aumento que no se debe tanto al incremento del consumo del gigante chino, o de otros colosos como la India, ni a problemas de producción de nuevos yacimientos, como a movimientos especulativos que han hecho disparar artificialmente los precios.

Dadas las enormes magnitudes estadounidenses resulta de interés considerar que sólo el gran parque de locomotoras diésel del BNSF, cifrado en 2007 en unas 6.000 unidades, consume diariamente más de catorce millones de litros, lo que supone cerca del 2 por ciento del consumo total diario de combustible diésel en los Estados Unidos. El Burlington Northern Santa Fe ha informado que en el último trimestre los costos de combustible han representado el 26 por ciento de los costes totales y con tendencia ascendente.

La locomotora experimental deberá llevar a bordo hidrógeno comprimido en tanques similares a los utilizados en los automóviles movidos por pila de combustible. Dado que las células o pilas de combustible lo convierten en energía vía un proceso electroquímico más perfeccionado que la combustión, el proceso es limpio, no produce emisiones, es silencioso y alcanza un alto grado de eficiencia. ¿Hasta que punto de eficiencia?

locomotora hidrogeno esquema
locomotora hidrogeno esquema

Pues según los ingenieros del BNSF puede alcanzar un grado de eficiencia nada menos que de dos a tres veces superior a una locomotora diésel éstandar. Y aún teniendo en cuenta que el control electrónico de la inyección de combustible y otras mejoras han producido una sustancial mejora del motor diésel. Sin embargo, no hay datos relativos a la cantidad de energía necesaria para la producción de hidrógeno. También existe dudas respecto a si en la tracción ferroviaria la pila de combustible podrá producir la energía y potencia necesaria para desarrollar un mucho más elevado esfuerzo de tracción y capacidad de sobrecarga que las fuerzas desarrolladas habitualmente mediante baterías.

En su aplicación ferroviaria, el BNSF explica que las pilas de combustible pueden encontrar una eficaz forma de propulsión transmitiendo la energía mediante DC “choppers”, que, aplicados desde hace años en locomotoras eléctricas españolas, tienen la capacidad de controlar la potencia de cada motor de forma independiente, aportando significativos aumentos de la adherencia (tal puede verse en las modernas locomotoras GE y EMD), respecto a las locomotoras diésel convencionales, y al eficaz sistema antipatinaje.

El ambicioso proyecto, según ha afirmado el vicepresidente del BNSF, Craig Hill, se encuentra aún casi en su infancia, pero la voluntad de realización ha superado ya las meras intenciones declaratorias, de lo que da idea la intención de comenzar las primeras pruebas experimentales a comienzos de 2009. La locomotora escogida para la experimentación ha sido una EMD, modelo GP-9.
La noticia ha despertado un innegable interés entre los ferrocarriles de Clase 1 en los Estados Unidos, enormes consumidores de gasóleo, planteándose los interrogantes respecto a la viabilidad de la comercialización de dicha tecnología, las posibilidades de producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno. Por el momento, dicha infraestructura no existe y podría requerir fuertes inversiones económicas.

Pero el BNSF, aún considerando tales problemas, se ha decidido ya por su realización práctica, superando los conceptos meramente especulativos, pero que lamentablemente no llegaron a su materialización; como en la primera crisis del petróleo de los años 1970, ocurrió con el avanzado proyecto de locomotora de vapor de carbón, ACE-3000, que no superó el estado de proyecto.

Ante la evolución del precio del petróleo, la aplicación ferroviaria de la pila de hidrógeno, y en el país donde la locomotora diésel impera de forma absoluta, podría suponer una revolución de enormes consecuencias en la tracción ferroviaria.

Fuente: via libre