Tesis de Hidrogeno
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2010 Wilmer Licona Buelvas Karen Pájaro Ávila ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL HIDROGENO COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE GENERADO DE LA BIOMASA A PARTIR DE RESIDUOS SÓLIDOS.
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2010
Wilmer Licona BuelvasKaren Pájaro Ávila
ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL HIDROGENO COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE GENERADO DE LA BIOMASA A PARTIR DE RESIDUOS SÓLIDOS.
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
INTEGRANTES
WILMER LICONA BUELVAS
KAREN PAJARO AVILA
TUTORA
CANDELARIA TEJADA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
IV SEMESTRE
ABRIL DE 2010
TEMA: ENERGÍAS RENOVABLES.
DELIMITACION DEL TEMA: EL HIDROGENO.
TITULO: ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL HIDROGENO COMO FUENTE DE
ENERGIA RENOVABLE GENERADO A PARTIR DE LA GASIFICACION DE LA
BIOMASA POR PIROLISIS.
PREGUNTAS ORIENTADORAS
PREGUNTA GENERAL:
¿Puede el hidrogeno obtenido a partir de la biomasa reemplazar los
combustibles fósiles?
PREGUNTAS ESPECIFICAS:
¿Qué es el hidrogeno?
¿Cómo se puede llevar a cabo el proceso de obtención de el hidrogeno?
¿Cuales son las ventajas y desventajas de el hidrogeno como combustible?
¿Como puede almacenarse este gas?
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Dar a conocer el hidrogeno generado a partir de la biomasa como una
fuente importante de energía renovable abundante y limpia, capaz de
satisfacer las necesidades mundiales actuales y futuras en comparación
con los combustibles fósiles.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Identificar las ventajas y desventajas que tiene el hidrogeno frente a los
combustibles fósiles.
Mostrar un método satisfactorio por el cual se pueda obtener esta energía
renovable.
Conocer los diversos medios por los cuales puede llevarse a cabo el
proceso de almacenamiento del hidrogeno
Concientizar a las personas sobre la problemática que estamos viviendo
debido a los combustibles fósiles y cuales son las alternativas frente a
estos.
RESUMEN
Actualmente el uso de los combustibles fósiles ha originado serios
problemas a nuestro ecosistema terrestre, por esta razón se ha visto la
necesidad de emplear nuevas fuentes de energía, las cuales aparecen
como una alternativa para disminuir este impacto. Una de las energías que
se ha estudiado como una nueva tecnología es la del hidrogeno debido a
que es considerada como el combustible perpetuo, ya que este es el
elemento más abundante del universo y además el más ligero. En esta tesis
centraremos nuestra atención a la obtención de la energía de hidrogeno a
partir de la biomasa residual, la cual puede obtenerse por medio de la
gasificación el cual es una conversión termoquímica, resaltando las
ventajas y limitaciones que esta posee frente a los combustibles fósiles,
además daremos a conocer varios métodos eficaces para el
almacenamiento de esta energía como lo son las nanoestructuras de
carbono y los metales de transición.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El clima del planeta ha esto en constante evolución desde su punto de origen,
pero en los últimos tiempos se ha presenciado un drástico cambio en este, el cual
no es producido únicamente por acción de la naturaleza sino por causas humanas.
Uno de los factores negativos más visibles es la temperatura media de la
superficie de la tierra, el cual ha aumentado 0.6 ± 0.2ºC, causando así
catastróficos daños en la superficie terrestre como la reducción de la extensión de
hielo y nieve terrestre.
Todos estos problemas que se están presentando en la tierra actualmente se
deben principalmente a el empleo excesivo de combustibles fósiles, ya que estos
presentan tres problemas fundamentales: son limitados, su suministro es sensible
a los conflictos por causas geopolíticas y su utilización masiva es una de las
causas del efecto invernadero, el cual da origen al calentamiento global, por esto
se ha visto la necesidad de emplear una nueva alternativa para disminuir el
impacto ambiental y son las energías renovables o alternativas. Uno de los
inconvenientes de estas energías ha sido la capacidad de almacenamiento para
satisfacer la demanda y la producción, por esta razón una de las energías que
actualmente se considera de alta tecnología es el hidrogeno ya que su conversión,
almacenamiento, transporte, difusión y utilización de esta tecnología son bien
conocidas y comercializados, y sus ventajas radican en que el hidrogeno Está en
todas partes, ya que es el elemento más abundante del universo, es limpia,
segura y se puede decir que se puede establecer como sistema de comercio
mundial, ya que ningún continente ni a nación están excluidos de esta energía, ya
sea como productor operador o usuario, además a largo plazo los riesgos de
contaminación son casi inexistentes, ya que la energía del hidrógeno se da sin
radioactividad, y su contribución al efecto invernadero es muy pequeño, aunque a
pesar de todas sus ventajas su costo y seguridad son temas de discusión
actualmente.
Actualmente existen muchos métodos para la obtención del hidrogeno, entre las
cuales nos centraremos en la conversión de biomasa en un gas abundante en
hidrógeno y una de las tecnologías utilizadas para tal fin es la gasificación
utilizando vapor de agua como agente gasificante y lo que se busca con este
método es identificar posibles mejoras y optimizaciones tanto en el rendimiento de
hidrógeno obtenido como en la disminución en la generación de alquitranes
MARCO TEORICO
MARCO CONCEPTUAL
Definición de hidrogeno
Para empezar con este marco teórico conceptual nos centraremos en el concepto
de hidrogeno, este elemento se define como el elemento más ligero y abundante
del universo, siendo utilizado por las estrellas para producir energía en su
conversión a helio por medio de una reacción nuclear de fusión. El pequeño
tamaño del átomo de hidrógeno, es determinante para entender sus propiedades
elementales, ya que siendo una molécula tan pequeña, una masa de hidrógeno
ocupa un gran espacio, cuando se encuentra en forma de gas, con una densidad
de tan solo 0.089g/ml. En condiciones normales se dice que el hidrogeno es un
gas diatómico H2, incoloro e insípido. El hidrogeno fue reconocido en 1776 por
Henry Cavendish; más tarde Antoine Lavoisier le daría el nombre por el que lo
conocemos actualmente [Petrucci, R.H, 2002]
Básicamente, el hidrogeno puede encontrarse en forma de agua, en los mares y
océanos, así como formando parte de la corteza de terrestre, por lo cual también
forma parte de los compuestos orgánicos.
Ventajas y desventajas del hidrogeno como fuente de energía renovable en
comparación con los combustibles fósiles.
Al momento de comparar el hidrogeno con un combustible fósil comúnmente
usado como lo es el gas natural podemos observar que las concentraciones en
que el hidrogeno se quema con el aire se encuentra aproximadamente entre 4 y
75% frente a las de gas natural, la cual se quema en concentraciones de 5.4-15%,
además , hacen falta concentraciones más altas de hidrógeno en el aire que de
gas natural para que se produzca una explosión, ya que las concentraciones de
hidrogeno para que se produzca algo como esto es de 13-64% frente a 6.3-14%
de gas natural, por tanto en base a esto podemos afirmar que el gas natural es
más peligroso que el hidrogeno pero a su vez uno de los más usados
[F.CARRILLO, 2008].
A pesar de que los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas
natural son las fuentes que, en su combustión, suministran alrededor del 80% de
la energía consumida por el mundo para satisfacer los requerimientos de una
sociedad en pro de un mejor nivel de vida, En los últimos años, las
preocupaciones han ido creciendo en todo el mundo ya que se ha visto una
disminución progresiva de estas reservas de combustibles fósiles y además los
problemas de contaminación ambiental asociados a su combustión han originado
cambios climáticos, los cuales han atraído la atención de los investigadores hacia
la búsqueda de recursos energéticos alternativos para un desarrollo sostenible y
una energía amigable con el medio ambiente.
Conforme a un publicado en Statistical Review De El Mundo de Energía, las
reservas mundiales de petróleo total, gas natural y carbón son, respectivamente,
169 mil millones de toneladas, 177 billón cúbicos metros y 847 mil millones de
toneladas a finales de 2008. Con las actuales tendencias de consumo, la relación
que existe entre el consumo de petróleo en el mundo con las reservas que se
tienen de estos combustibles, notamos que las reservas que existen de petróleo
son cada vez más bajas comparadas con las reservas de gas natural y carbón, ya
que se predice que en 42 años aproximadamente las reservas de petróleo podrían
agotarse en comparación con los 60 y 133 años de las reservas de gas natural y
carbón respectivamente [BP, 2004]. Por esto si vemos la naturaleza finita de los
combustibles fósiles, podemos notar que se ha incrementado las preocupaciones
sobre el impacto ambiental, especialmente en relación a las emisiones de gases
de efecto invernadero, y las consideraciones de salud y seguridad están obligando
a la búsqueda de nuevas fuentes de energía. El hidrógeno es uno de estos nuevos
recursos, gracias a todas las propiedades dichas anteriormente y a su vez por las
grandes ventajas ambientales que esta energía posee. El hidrogeno es un
combustible limpio que cuando se quema con aire, produce emisiones no
contaminantes, excepto para algunas relaciones H2/aire donde la temperatura
elevada de la llama produce concentraciones significativas de NOx en la
combustión. Además de la combustión directa, muy recientemente se ha
empezado a desarrollar una tecnología basada en pilas de combustibles en las
que se transforma la energía química, almacenada en el enlace H-H de la
molécula H2, en energía eléctrica y vapor de agua.
Producción de hidrogeno
La generación de hidrógeno a partir de residuos ha creado expectación al conjugar
la producción de una Fuente de energía limpia, con el uso de fuentes de energía
renovables como es el caso de la biomasa y la utilización de una serie de
tecnologías de bajo impacto ambiental. Además, se evalúa su uso potencial en el
aprovechamiento de la biomasa como energía renovable y se ofrece Una
panorámica de la situación actual de este grupo de tecnologías, las necesidades
tecnológicas futuras en este ámbito y el potencial que tienen para competir con
tecnologías alternativas de generación de hidrógeno [J. M. Valero, A. Egizabal, I.
Arrillaga, M. Belsue, ISSN 0210-2064, Nº. 414, 2004 , pags. 188-192].
El hidrógeno puede generarse a partir de fuentes de energía primarias
(actualmente la mayor parte del hidrógeno se obtiene a partir del reformado con
vapor de hidrocarburos), fuentes de energía secundaria o intermediarios
generados industrialmente (como productos de refinería, amoniaco o metanol) y
fuentes de energía renovables (biomasa, biogás y residuos). El interés creciente
en la generación de hidrógeno a partir de fuentes renovables de energía, como la
biomasa, ha llevado al desarrollo de sistemas de generación de hidrógeno a partir
de residuos por procesos térmicos, tales como la gasificación, la pirolisis o el
reformado del biogás generado en los procesos de digestión anaerobia.
La producción de hidrógeno en esta tesis la plantearemos a partir de la biomasa,
ya que según investigaciones se ha concluido que la biomasa es una excelente
alternativa energética por dos razones. La primera es que, a partir de ella se
pueden obtener una gran diversidad de productos; la segunda, se adapta
perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles
tradicionales. Así, mediante procesos específicos, se puede obtener toda una
serie de combustibles que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades
energéticas de confort, transporte, cocinado, industria y electricidad, o servir de
materia prima para la industria [Arteche-Calvo A, Zamoranos-Senderos S, Aragon-
Puy J, 2008].
La producción a partir de biomasa puede aplicarse desde biocombustibles sólidos,
líquidos o gaseosos. Principalmente en los biocombustibles sólidos, podemos
encontrar los de tipo primario, constituidos por materias lignocelulósicas
procedentes del sector agrícola o forestal y de las industrias de transformación
que producen residuos de dicha naturaleza. La paja y los restos de poda de vid,
olivo y frutales, la leña, las cortezas y los restos de podas y aclareos de las masas
forestales son materia típica para elaboración de biocombustibles sólidos de
origen agrario.
También las cáscaras de frutos secos , otros frutos y los restos de las industrias
del corcho, la madera y el mueble, constituyen una buena materia prima para la
fabricación de biocombustibles sólidos.
Aunque una parte importante de la biomasa se utiliza directamente, como por
ejemplo la leña en hogares y chimeneas, la utilización energética moderna de los
biocombustibles sólidos requiere un acondicionamiento especial. Las formas más
generalizadas de utilización de este tipo de combustibles son las astillas y el
serrín.
Para los biocombustibles líquidos se pueden observar una serie de productos de
origen biológico utilizables como combustibles de sustitución de los derivados del
petróleo o como aditivos de éstos para su uso en motores. Y para los
biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el
gas de gasógeno, el biogás y el hidrógeno, en nuestro caso nos centraremos en el
hidrogeno. La obtención del hidrógeno a partir de compuestos orgánicos
hidrogenados, tales como hidrocarburos o alcoholes, se realiza mediante un
proceso denominado “reformado”, el cual consiste en romper las moléculas
orgánicas en sus componentes elementales (carbono e hidrógeno y
eventualmente oxígeno) mediante reacciones con vapor de agua en presencia de
un catalizador. Entre las moléculas orgánicas con posibilidad de ser la vía limpia
de obtención de hidrógeno destaca el bioetanol, que se puede obtener a gran
escala a partir de biomasas alcoholígenas.
Además de lo anterior podemos mencionar otros métodos disponibles para la
producción de hidrógeno a partir la biomasa, estos se pueden dividir en dos
categorías principales: (1) termoquímicos y (2) rutas biológicas.
El hidrógeno puede ser producido a partir de materias primas biorenovables a
través de la conversión termoquímica con procesos como la pirolisis, la
gasificación , la gasificación de vapor , la reforma de los bio-aceites y la
gasificación en agua supercrítica de la biomasa. Un cierto número de esfuerzos se
han realizados por los investigadores para probar la producción de hidrógeno a
partir de gasificación de la biomasa por pirolisis con diferentes tipos de biomasa .
se ha encontrado que la gasificación con vapor de agua es el proceso más
ampliamente practicado para la obtención de hidrogeno a través de biomasa. A
temperaturas de aproximadamente 873-1273 K, la biomasa sólida sufre una
descomposición térmica para formar productos gaseosos que suelen ser el H2,
CO2, CH4, H2O, y demás hidrocarburos gaseosos. Las tecnologías de
gasificación ofrecen la oportunidad de convertir la materia prima de la biomasa en
combustibles no contaminantes o gases de síntesis.los gases de síntesis son
gases ricos en H2 y son obtenidos por la gasificación de biomasa, por esto en la
producción de hidrógeno resulta importante el uso de gas de síntesis. La
gasificación de la biomasa ha sido identificado como un posible sistema de
producción de hidrógeno renovable, la cual es beneficiosa para explotar los
recursos de la biomasa, para la producción de hidrogeno a gran escala con una
alta eficiencia de manera limpia y segura, y que a su vez posee menos
dependencia de fuentes de energía fósiles.
La producción biológica de hidrógeno es uno de los métodos alternativos de
producción de hidrogeno, este método ha recibido una atención especial durante
la última década debido a sus características de bajo costo y a que su producción
proporciona el suministro sostenible de hidrogeno con baja contaminación y alta
eficiencia, con lo que se considera una vía prometedora para la producción de
hidrógeno. La producción biológica de hidrogeno es un proceso que puede
llevarse a cabo a partir de la producción por organismos fotosintéticos como lo son
las hidrogenasas y nitrogenasas, y por la producción por organismos
fermentativos.
En la producción por organismos fotosintéticos tenemos las hidrogenasas esta
fuente de energía fue descubierta inicialmente en 1942, [Gaffron, H. y J. Rubin,
1942] y se observo que el alga Scenedesmus era capaz de producir hidrógeno
como resultado de su metabolismo bajo determinadas circunstancias de cultivo.
Años más tardes se demostró que algunas cianobacterias como Spirulina
producen hidrógeno mediante hidrogenasas. La reacción de generación de
hidrógeno por microorganismos fotosintéticos basada en la hidrogenasa puede
realizarse de dos formas diferentes, bien en condiciones de iluminación o bien en
oscuridad.
En la producción en condiciones de iluminación, vemos que la producción está
asociada a la fijación de CO2 atmosférico en condiciones de iluminación y la
posterior producción de hidrógeno en condiciones de ausencia de oxígeno
(anaerobiosis) en oscuridad. La mayor limitación de esta forma de producción de
hidrógeno es la inhibición de la hidrogenasa por la acción del oxígeno generado
por el propio metabolismo y en la producción en oscuridad, vemos como la
Scenedesmus, entre otras algas, es capaz de producir hidrógeno no únicamente
bajo condiciones de iluminación, sino también en oscuridad y en anaerobiosis por
fermentación, a partir del almidón acumulado intracelularmente. Este segundo
sistema de producción, aunque algo menos eficiente, permite realizar un proceso
en continuo, ya que no se genera oxígeno que pueda inhibir la enzima
hidrogenasa [Hillmer y Gest, 1977; Reith y otros, 2003; Kapdan y Kargi, 2006].
Al analizar la producción de hidrogeno por nitrogenasas, podemos observar que la
ruta preferente de producción de hidrógeno por cianobacterias es la utilización de
la enzima denominada nitrogenasa. Este sistema es específico de bacterias y no
existe en organismos eucariotas (algas).
La reacción de producción de hidrógeno por la nitrogenasa está basada en la
capacidad que tiene dicha enzima de modificar su función habitual y catalizar la
síntesis de hidrógeno en presencia de argón. La enzima nitrogenasa es, al igual
que la enzima hidrogenasa, extremadamente sensible a la presencia de oxígeno.
Por ello, las cianobacterias deben recurrir a sistemas que impidan la presencia de
oxígeno.
En la Producción de hidrogeno por organismos fermentativos, se observa que
algunos grupos de bacterias fermentadoras tienen la capacidad de generar
hidrógeno a partir de azúcares simples por tres rutas que se denominan
fermentación butírica, fermentación ácido mixta y fermentación butanodiólica, en la
que se generan hasta 2 moles de hidrógeno por mol de glucosa, además de otros
subproductos de interés económico. La fermentación butanodiólica es
característica de los géneros Serratia, Enterobacter y Bacillus (aunque en este
último caso la síntesis de hidrógeno se realiza a partir del ácido pirúvico), siendo
los productos de la fermentación butanodiol, etanol e hidrógeno. La fermentación
ácido-mixta es una fermentación característica de los géneros Escherichia,
Salmonella, Shigella, Proteus, Yersinia, Photobacterium y Vibrio, en la que se
produce principalmente una variedad de ácidos (acético, láctico fórmico), etanol e
hidrógeno. Finalmente, la fermentación butírica permite obtener elevados
rendimientos de hidrógeno, junto con ácido butírico, acético y CO2 a bacterias
anaerobias de los géneros Clostridium y Sarcina. La fermentación de la acetona-
butanol también realizada por Clostridium es otra variante de este proceso y se ha
confirmado por varios estudios realizados al tema que este proceso es capaz de
generar 0,5 m3 de hidrógeno por kg de hidrato de carbono utilizado [ J. M. Valero,
E. López, J. Antoñanzas, A. Egizabal, M. Belsue, N. Arrien, 2005]. Además de
dichos sistemas fotosintéticos y fermentativos, también se han desarrollado
sistemas mixtos que combinan diversos procesos a la vez.
Almacenamiento de hidrogeno.
Para conseguir que se generalice el uso del hidrógeno como vector energético, se
debe lograr su transporte y almacenamiento de forma económica. Esto supone un
considerable cambio con respecto al transporte y almacenamiento de los
combustibles fósiles convencionales, debido a la baja densidad energética de este
gas. En la actualidad existen distintas formas de almacenar hidrógeno, los cuales
pueden ser en forma gaseosa, líquida, combinado químicamente o adsorbido en
sólidos porosos, dependiendo su elección de diferentes factores como el proceso
final en el que se vaya a emplear, la densidad energética requerida, la cantidad a
almacenar y la duración del almacenamiento, al igual que la existencia de otras
posibles formas de energía disponibles, los costes y necesidades de
mantenimiento de la instalación, y los costes de operación [S.Dunn, 2002].
Entre los métodos usados más comúnmente para el almacenamiento de
hidrogeno tenemos el almacenamiento en forma gaseosa, ya que el hidrógeno es
producido en forma gaseosa y sus aplicaciones suelen requerir que se encuentre
en este estado, la vía más simple podría ser su almacenamiento a alta presión [L.
Zhou, 2004]. Este tipo de almacenamiento (presiones superiores a 20 MPa)
requiere que los depósitos sean pesados y voluminosos, además de plantear
cuestiones de seguridad tanto en los vehículos como en los depósitos de
almacenamiento, distribución y carga de hidrógeno. Cuando se compara esta
alternativa frente al empleo de otros combustibles, el almacenamiento de
hidrógeno gaseoso en recipientes a presión no resulta competitivo debido a su
baja densidad y al elevado coste de los recipientes a presión y del propio proceso
de compresión del hidrógeno [A. Züttel, 2003].
La opción del almacenamiento de hidrógeno en estado líquido en recipientes
criogénicos requiere alcanzar temperaturas de almacenamiento muy bajas (21,2
K), haciendo inevitable su pérdida por volatilización incluso empleando las mejores
técnicas de aislamiento. Además, el alto consumo energético asociado al
enfriamiento, aproximadamente el 30% de la energía almacenada, hace que esta
opción resulte inviable en la práctica, desde el punto de vista económico, salvo en
aquellas aplicaciones donde el coste de hidrógeno no sea un factor crítico y éste
sea consumido en cortos periodos de tiempo.
El almacenamiento de hidrógeno en materiales inorgánicos o por combinación
química resulta muy viable y su importancia en los últimos años ha aumentado
debido a que potencialmente pueden almacenar mayores cantidades de H 2 que
los materiales carbonosos. El hidrógeno como combustible tiene la ventaja de
proporcionar una mayor energía por unidad de masa que los combustibles
convencionales y toma mayor importancia a medida que las reservas de los
combustibles fósiles disminuyen. Publicaciones recientes muestran que algunos
metales de transición tienen la capacidad de enlazar hasta 12 átomos de H, esto
hace que su contenido en masa sea suficiente como para cumplir la meta
propuesta por el Departamento de Energía de Estados Unidos, la cual es del 6,5%
en peso.
La necesidad de encontrar un sistema de alta capacidad de energía de hidrogeno
ha hecho que se produzcan estudios que determinen los factores y las
condiciones que se deben cumplir para esto. La seguridad, con referente al
hidrogeno ha sido materia de controversia ya que el hidrógeno presenta altos
valores del coeficiente de difusión y de flotabilidad además del mayor rango de
inflamabilidad y la menor energía de ignición. Por lo tanto, es un material con un
alto grado de riesgo. Esto hace que los sistemas en los cuales se almacene deben
presentar además de altas densidades energéticas, y deben tener altos niveles de
seguridad. Investigaciones recientes indican que almacenar hidrógeno líquido a
temperaturas cercanas a 20 K o gaseoso en tanques a alta presión no es
adecuado en términos energéticos ni económicos [W. Silva, F. Mondragón. 2007],
indicando que la alternativa más viable son los compuestos químicos. Una de las
familias de compuestos que pueden ser usados para éste propósito son los
complejos de hidruros metálicos, en especial los de metales de transición. En la
literatura científica se ha publicado que los complejos del tipo MH12 n, donde M es
un metal de transición de los primeros grupos pueden contener cantidades
apreciables de H2. Por ejemplo, complejos basados en Ti contienen hasta 14% de
hidrógeno [Gagliardi L, Pyykko P. 2004].
En el almacenamiento por nanoestructuras de carbono, vemos que recientemente,
se ha planteado la posibilidad de llevar a cabo el almacenamiento de hidrógeno
mediante adsorción en un sólido poroso, lo que presentaría la ventaja de ser una
forma más segura y sencilla de manejar el hidrógeno, reduciéndose drásticamente
la presión necesaria para su almacenamiento. En este sentido, los primeros
trabajos publicados basados en nanoestructuras de carbono mostraban
almacenamientos excepcionales de hasta el 60% en peso. Desde entonces y
hasta el momento, se está dedicando un gran esfuerzo al estudio de
nanoestructuras de carbono con elevada superficie específica (fibras, nanotubos y
carbones activos) concluyendo que la cantidad de hidrógeno adsorbida a baja
temperatura (77 K) es proporcional a la superficie específica BET de la
nanoestructura de carbono, independientemente de la estructura geométrica del
carbón, con valores máximos muy inferiores a los anteriormente indicados.
También se concluye que la cantidad de hidrógeno fisisorbido a temperatura
ambiente y presiones de hasta 35 MPa es inferior al 0,1% en peso para cualquiera
de las nanoestructuras estudiadas, lo que cuestiona su potencial utilidad para esta
aplicación [G.G. Tibbetts y col., 2001].
ESTADO DEL ARTE
De todo el petróleo disponible en la Tierra hasta el momento se ha consumido
alrededor de la tercera parte. De las reservas que quedan sin explotar más de la
mitad se encuentran en Oriente Medio; la concentración de los yacimientos de
petróleo en esas zonas del mundo y las luchas por controlar su extracción es
origen de enfrentamientos bélicos en esa región.
El sistema capitalista de producción basado en la industria, ha generado desde
sus inicios un gran consumo de energía. La demanda energética mundial,
estimada en unos 10.000 millones de toneladas equivalentes de petróleo, se ve
cubierta en más de un 87% por combustibles fósiles como el carbón, petróleo y
gas natural. Esta dependencia tiene importantes repercusiones tanto económicas
como ambientales. Por el lado económico cabe destacar que su producción
centralizada en determinadas zonas del mundo, está gobernada por factores
esencialmente políticos, lo que resulta en precios volátiles y elevados. Así mismo,
en ausencia de alternativas viables, el agotamiento de las reservas de petróleo,
estimadas en no más de 40 años resultará en un encarecimiento progresivo hasta
niveles tales que afecten el desarrollo económico global.
Como vemos la mayor parte de energía proviene de fuentes no renovables, es
decir, que se agota a medida que se utiliza, es sucia ya que afecta al medio
ambiente y está distribuida en forma desigual en nuestro planeta.
En la actualidad, los países desarrollados con un 25% de población mundial,
consume el 75% de la producción energética mundial, por esto se hace más que
necesario el desarrollo de nuevas formas de energía. Las fuentes tradicionales de
energía provenientes de casi todos los combustibles fósiles (carbón, petróleo y
gas natural) que no son renovables, se agotan mas día a día, y la preocupación
por los efectos sobre el medio ambiente y los intereses económicos y estratégicos
empujan a los combustibles de origen vegetal a una revolución.
La energía del hidrogeno aspira a ser capaz satisfacer las necesidades globales
en torno a esta crisis mundial, ya que es el elemento más abundante y se
encuentra distribuido en toda la tierra. El hidrogeno como sabemos no existe como
elemento libre en la tierra y al no existir, hay que gastar energía en su fabricación,
es por esto que la producción de energía de hidrogeno generado a partir de
biomasa residual resulta más viable en cuanto a la parte económica e igualmente
más limpia y amable con el ecosistema terrestre.
Ahora bien como es sabido uno de los principales consumidores de energía es el
transporte, pero este depende en gran manera de los combustibles fósiles ya que
su abastecimiento depende en casi su totalidad a derivados del petróleo tales
como gasolina, diesel, gas licuado de petróleo, y de gas natural comprimido. En
los países más desarrollados la velocidad de crecimiento automovilístico se
espera que se estabilice alrededor de 1% por año, a ello se debe añadir el
crecimiento explosivo que está experimentando el tráfico terrestre, náutico y aéreo
en algunos países.
Por ejemplo, para el año 2010 en china este crecimiento se estima que aumente
noventa veces con respecto al de 1990, mientras que en la india el crecimiento
estimado en el mismo período es de 35 veces. Como promedio, los transportes se
duplicará en los próximos 20 años [T. Gül, S. Kypreos, H. Turton, L. Barreto,
2009].
Por tanto el empleo de hidrógeno como combustible para el transporte, es uno de
los principales problemas a resolver debido a la falta de los medios adecuados
para su almacenamiento en el propio vehículo, y que a su vez cumplan los
requisitos de seguridad, costes, y las características de suministro requeridas. El
departamento de energía de estados unidos establece como objetivos a conseguir
en el almacenamiento de hidrógeno al menos una eficiencia en peso del 6%, o
expresado en densidad, 60 kg·m-3 ya que un vehículo con una pila de combustible
de hidrógeno necesitaría más de 3 kg de hidrógeno para una autonomía de unos
500 km.
Los países en desarrollo tienen una ventaja comparativa con los subdesarrollados
para la producción de biocombustibles como el hidrogeno debido a la mayor
disponibilidad de la tierra, condiciones climáticas favorables para la agricultura y
menores costes laborales. sin embargo, puede haber otros aspectos
socioeconómicos y repercusiones ambientales que afectan a los países en
desarrollo a beneficiarse del aumento de la demanda mundial de estas energías.
en los países desarrollados hay una tendencia cada vez mayor a emplear la
tecnología moderna y eficiente de conversión de fuentes de energía primaria
como la biomasa residual a hidrogeno utilizando y cada vez más los países
subdesarrollados se le suman a intensificar las investigaciones para poder
implantar igualmente este tipo de energía en sus respectivos países .
DESARROLLO DEL TEMA
La humanidad ha logrado maravillas gracias a los combustibles fósiles no
renovables (carbón, petróleo y gas natural), pero con un costo medioambiental
muy alto. También, el uso acelerado de estos, fundamentalmente por los países
desarrollados, que constituyen alrededor de 30 % de la población mundial, ha
llevado a la disminución de los rendimientos de las minas y los pozos más
asequibles. Por otra parte, la demanda crece debido al incremento de la población
mundial y al necesario desarrollo del restante 70 % de la población.
A
partir de esta tabla podemos apreciar que los
combustible fósiles, como veníamos diciendo son los de mayor uso para la
producción de energía, esto origina un serio problema energético, ya que está
cercano el momento en que la demanda supere a la extracción y que el precio del
petróleo crezca incontrolablemente. Además, su negativa influencia
Tabla 1. Consumo energético mundial por año
Tipo de combustible Potencia en TW Energía /año en EJ
Petróleo 5.6 180
Gas 3.5 110
Carbón 3.8 120
Nuclear 0.9 30
Hidroeléctrica 0.9 30
Geotérmica, Eólica, Solar,
Biomasa, Hidrogeno
0.13 4
Total 15 471
medioambiental, que amenaza la existencia de la especie humana, constituye un
costo adicional que no se carga de forma adecuada al de los combustibles fósiles.
Prueba de esto lo podemos apreciar por medio del siguiente grafico en el cual se
observa la gran cantidad de CO2 que es arrojada a la atmosfera por las emisiones
de estos combustibles.
Gráfica 1. Emisiones de dióxido de carbono emitidos por año por los combustibles fósiles.
Podemos ver que las emisiones de CO2 ha crecido de manera exponencial a
través del tiempo originando con esto graves problemas a nuestro ecosistema es
por esto que se impone, a tiempo, buscar otras fuentes de energía, sobre todo
renovables y limpias. En la actualidad el uso de estas fuentes de energía es de un
9.09%. Como principales alternativas tenemos la energía hidráulica, solar, eólica,
geotérmica, hidrogeno, entre otras. En este contexto, el hidrógeno se presenta
como el portador energético ideal, Puesto que este tiene el mayor contenido
energético específico de todos combustibles convencionales y es el elemento más
abundante en el universo. Por todo lo mencionado, el hidrógeno está considerado
en muchos países como un indicador importante de energía alternativa y un
puente para un futuro energético sostenible. La promesa del hidrógeno como
energía radica en que puede proporcionar energía libre de contaminación, es
decir, resulta amable con el medio ambiente y además es una de las energías
que producen en menor proporción emisiones de dióxido de carbono como lo
podemos observar por la tabla 2., todos estos factores lo hace un jugador
potencialmente crítico en nuestro futuro energético.
Tipos de combustibles Emisiones de CO2(kg/km)
Gasolina 4.8
Diesel 4.0
Bio –etanol 3.3
Hidrogeno (CF) 2.2
Biodiesel 1.1
Hidrogeno (electrolisis del agua) 0.4
Tabla 2. Emisiones de CO2.
El hidrógeno puede ser producido a partir de una amplia variedad de fuentes de
energía primaria. Actualmente un 48% de hidrógeno se producen a partir de gas
natural, el 30% del petróleo, y el 18% a partir del carbón. El 4% restante se
produce a través de la electrolisis del agua. Como vemos para la industria la
producción de hidrogeno se origina principalmente a través de los combustibles
fósiles como fuente de energía, ya que por medio de estas se puede obtener un
porcentaje más alto de energía, pero como hemos venido diciendo esta fuente de
energía primaria se agota cada vez mas elevando de manera significativa sus
costos, y a su vez seguiría produciendo una alta cantidad de emisiones de
dióxido de carbono ya que esta no resulta siempre respetuosa con el medio
ambiente. Por esto la producción de hidrógeno a partir de biomasa renovable se
ha estudiado como una alternativa que es muy viable para la producción de
hidrogeno, que al igual que todas posee consigo ventajas y limitaciones, pero que
a su vez sigue siendo muy factible en relación a los combustibles fosiles, tal como
se muestra en la Tabla 3.
Hay dos tipos de materia de biomasa disponible para ser convertida en hidrógeno
1) bioenergía a través de cultivos energéticos, y 2) residuos menos costosos,
como lo son residuos orgánicos procedentes de la agricultura y de procesamiento
de madera, a esto se le llaman biomasa residual. En general, la biomasa de
cultivos energéticos, como el sorgo dulce, puede ser utilizada como materia prima
para producción de biohidrógeno. Los residuos orgánicos de la biomasa
especialmente ofrecen una forma económica y respetuosa del medio ambiente
para la producción de hidrógeno renovable, es por esto que nos centraremos en
esta. La lista de algunos materiales de biomasa utilizada para la producción de
hidrógeno viene dada en la Tabla 4.
Tabla 3. Principales ventajas y desventajas del hidrogeno como combustible frente a los combustibles fósiles.
Principales ventajas y desventajas del hidrogeno como combustible
Ventajas:
El hidrógeno no es tóxico y es amable con
el medio ambiente.
El hidrógeno es un gran portador de energía
y puede producirse a partir de una amplia
variedad de fuentes de energía.
Los productos de la combustión del
hidrógeno con aire son: vapor de agua y
residuos insignificantes donde la máxima
temperatura es limitada.
Desventajas :
Es difícil de detectar sin sensores adecuados
ya que es incoloro, inodoro y su flama al aire
es casi invisible.
Resulta de gran dificultad su almacenamiento.
Los costos de su producción son algo
elevados.
Especies de biomasa Principal método de conversión
Cascara de oliva Pirolisis
Residuos de plantas Pirolisis
Residuos sólidos municipales extracción de agua supercrítica
Cultivos de paja pirolisis
Pulpa y desperdicios de papel Fermentación microbiológica
Tabla 4. Listado de algunos materiales de biomasa usado para la producción de hidrogeno.
Ahora bien, después de producido el biohidrógeno, queda aun la necesidad de
encontrar un sistema que almacene una alta capacidad de energía de hidrogeno,
esto ha hecho que se produzcan estudios que determinen los factores y las
condiciones que se deben cumplir para el almacenamiento. La seguridad, con
referente al hidrogeno ha sido materia de controversia ya que el hidrógeno
presenta altos valores del coeficiente de difusión y de flotabilidad además del
mayor rango de inflamabilidad y la menor energía de ignición, por lo tanto, es un
material con un alto grado de riesgo. El almacenamiento de hidrógeno en
materiales inorgánicos o por combinación química resulta muy viable y su
importancia en los últimos años ha aumentado debido a que potencialmente
pueden almacenar mayores cantidades de H2 que los materiales carbonosos.
En el almacenamiento por nanoestructuras de carbono, vemos que recientemente,
se ha planteado la posibilidad de llevar a cabo el almacenamiento de hidrógeno
mediante adsorción en un sólido poroso, lo que presentaría la ventaja de ser una
forma más segura y sencilla de manejar el hidrógeno, reduciéndose drásticamente
la presión necesaria para su almacenamiento. En el gráfico 2. Se muestra el
almacenamiento reversible del hidrogeno en nanoestructuras de carbono como
función de su área específica, donde los círculos indican nanotubos mientras que
los triángulos corresponden a otras muestras de carbonos nanoestructurados
Gráfica 2. Almacenamiento de hidrogeno en estructuras de carbono.
El hidrógeno después de ser almacenado, puede ser transportado por medio de
dos sistemas: 1) La entrega por vía carretera utilizando para esto camiones
criogénicos y 2) Un sistema de entrega a través de tuberías. Los costes de las
tuberías de hidrógeno podrían ser reducidos mediante la colocación de las
tuberías en las alcantarillas, para así garantizar servicios públicos del estado.
CONCLUSIÓN
En síntesis podemos afirmar que el hidrogeno generado a partir de la biomasa
residual, resulta más viable que los combustibles fósiles, y un método satisfactorio
para la obtención de hidrogeno, es la gasificación de la biomasa residual, la cual
es eficiente, limpia y segura, y que a la vez posee menos dependencia de fuentes
de energía de combustibles fósiles, además se ha planteado a través de este
trabajo que la alternativa más viable para el almacenamiento de hidrogeno es a
través de las nanoestructuras de carbono y como opción suplementaria
concluimos que es a través de los compuestos químicos, en especial los metales
de transición.
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Resumen
El propósito de este estudio es evaluar los impactos políticos, económicos y ambientales de producir hidrógeno a partir de biomasa. El hidrógeno es un combustible renovable para el transporte prometedores y aplicaciones domésticas. El hidrógeno es una forma secundaria de energía que tiene que ser manufacturados como la electricidad. La promesa del hidrógeno como vector energético que puede proporcionar libre de contaminación, la energía libre de carbono y los combustibles para edificios, la industria y el transporte hace que sea un jugador potencialmente crítico en nuestro futuro energético. En la actualidad, la mayoría del hidrógeno se derivados de los recursos no renovables por reformado con vapor en el que los combustibles fósiles, principalmente gas natural, pero en principio, podrían generarse a partir de recursos renovables como la biomasa por gasificación. La producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles no renovables y se produce en
por lo menos la misma cantidad de CO2 que la combustión directa de los combustibles fósiles. La producción de hidrógeno a partir de la biomasa tiene varias ventajas en comparación al de los combustibles fósiles. Los principales problema de la utilización de gas de hidrógeno como combustible es su falta de disponibilidad en la naturaleza y la necesidad de los métodos de producción baratos. Producción de hidrógeno mediante reformado con vapor el metano es el método más económico entre los procesos comerciales actuales. Estos los procesos de utilización de fuentes de energía no renovables para producir hidrógeno y no son sostenibles. Se cree que en el futuro de la biomasa puede convertirse en una importante fuente sostenible de hidrógeno. Varios estudios han demostrado que el coste de producir hidrógeno a partir de la biomasa es depende en gran medida el coste de la materia prima. La biomasa, en particular, podría ser un bajo costo opción para algunos países. Por lo tanto, un proceso de producción de energía rentable podría ser alcanzados en el que los desechos agrícolas y biomasa varios otros se reciclan para producir hidrógeno económicamente. interés de política en el movimiento hacia una economía basada en el hidrógeno es aumento, en gran parte porque el hidrógeno convertir en energía utilizable puede ser más eficiente que combustibles fósiles y tiene la virtud de sólo producir agua como subproducto del proceso.
El logro de cambios a gran escala para desarrollar una economía del hidrógeno sostenible requiere un gran cantidad de planificación y cooperación a nivel tanto nacional como internacional.
1. Introducción
En los últimos años, las preocupaciones han ido creciendo en todo el mundorespecto de las consecuencias ambientales de gran dependenciade los combustibles fósiles, el cambio climático en particular [1]. Conformeal recientemente publicado en 2008 BP Statistical Review de El MundoEnergía [2], el mundo probadas de petróleo total, gas natural y carbónlas reservas son, respectivamente, 169 mil millones de toneladas, 177 billón cúbicosmetros y 847 mil millones de toneladas a finales de 2007. Con las actualeslas tendencias de consumo, la relación reservas / producción demundo con reservas probadas de petróleo más bajo que el mundo de probadareservas de gas natural y carbón - 42 años frente a 60 y 133años [2], respectivamente. Es bien sabido que el transporte es casi
combustibles fósiles depende totalmente de todo a base de petróleo tales como gasolina, combustible diesel, gas licuado de petróleo, y de gas natural comprimido. Conocido reservas de petróleo son recursos limitados y se estima que se agotarán en menos de 50 años en la actualidad tasa de consumo [3,4]. El espectacular incremento en el precio de petróleo, la naturaleza finita de los combustibles fósiles, el aumento de preocupaciones sobre el impacto ambiental, especialmente en relación a las emisiones de gases de efecto invernadero, y las consideraciones de salud y seguridad están obligando a la búsqueda de fuentes de energía nuevas y formas alternativas de energía vehículos de motor del mundo [4-9]. El interés en el uso de bio-combustibles en todo el mundo ha crecido con fuerza en los últimos años debido a los precios del petróleo, la preocupación por cambio climático de las emisiones de gases de efecto invernadero y el deseo de nacionales para promover las economías rurales. La industria de bio-combustible potencial como una fuente de ingresos y nuevos mercados para los grandes los campesinos y los pequeños es de gran interés. La creciente la demanda internacional de biocombustibles es de particular interés para los países en desarrollo en busca de oportunidades para el desarrollo económico crecimiento y el comercio. Los países en desarrollo tienen una ventaja comparativa ventaja para la producción de biocombustibles debido a la mayor disponibilidad de la tierra, condiciones climáticas favorables para la agricultura y menores costes laborales. Sin embargo, puede haber otros socioeconómicos y las repercusiones ambientales que afectan a la potenciales para los países en desarrollo a beneficiarse de la aumento de la demanda mundial de [bio-combustible 10]. De gran envergadura producción de biocombustibles ofrece una oportunidad para que ciertos los países en desarrollo para reducir su dependencia del petróleo las importaciones. En los países desarrollados hay una tendencia cada vez mayor a emplear la tecnología moderna y eficiente de bioenergía conversión utilizando una gama de bio-combustibles, que son convirtiéndose en función de los costos sabios competitiva con los combustibles fósiles [4,11,12]. Para esa razón, los combustibles de transporte alternativos como el bioetanol, biodiesel y bio-hidrógeno desempeñará un importante papel papel en el futuro del mundo. El cuadro 1 muestra la disponibilidad de combustibles modernos de transporte [13]. Bio-etanol y biohidrógeno serán los combustibles de sustitución de la gasolina en el futuro. El hidrógeno tiene el mayor contenido energético específico de todos combustibles convencionales y es el elemento más abundante en el universo [14]. El hidrógeno está considerado en muchos países como una indicador importante de energía alternativa y un puente para un futuro energético sostenible. La promesa del hidrógeno como
de energía que pueden proporcionar compañía libre de contaminación, libre de carbono electricidad y carburantes para los edificios, la industria y el transporte hace es un jugador potencialmente crítico en nuestro futuro energético [15]. El hidrógeno puede ser producido a partir de una amplia variedad de primaria
Tabla1
fuentes de energía y tecnologías de producción diferentes. Aproximadamente el 96% de la producción de hidrógeno procedentes de fósiles procesos basados en combustibles. A todo el mundo, de acuerdo con Konieczny y compañeros de trabajo [16], un 48% de hidrógeno es que actualmente se producen a partir de gas natural, el 30% del petróleo, y el 18% a partir del carbón. El 4% restante se produce a través del agua electrólisis. de hidrógeno producidos de manera convencional coste del gas aproximadamente el doble de la de gas natural o petróleo y cerca de 3 veces más carbón que. Actualmente, sólo la industria espacial parece ser dispuestos a pagar el alto costo de la energía del hidrógeno. Estos métodos industriales, principalmente consumen combustibles fósiles como energía fuente y se consideran grandes consumidoras de energía y no siempre [respetuosa del medio ambiente 17]. El hidrógeno puede ser transportado dos sistemas: (1) la entrega de carretera sistema (camiones criogénicos líquida, comprimida remolques tubo) y (2) sistema de tuberías de entrega. los costes de tuberías de hidrógeno podría ser reducida mediante la colocación de las tuberías en las alcantarillas, garantizar servicios públicos estado, o la conversión de los ductos de gas natural para llevar a una mezcla de hidrógeno / gas natural [18]. La opción más barata de el transporte de hidrógeno por tuberías es de alta capacidad, que puede cuestan menos los EE.UU. 0,1 $ / kg más de 100 km [19]. las tuberías son los costos compuesto por mano de obra (W45%), seguida de los materiales (W26%), los costos de derecho de vía (w22%) y otros gastos diversos, como la planificación y gestión [20]. Las estimaciones de la capital costo de tuberías de transmisión de hidrógeno oscilan entre 200.000 y 1.000.000 dólares de los EE.UU. / km [20]. La producción de hidrógeno a partir de biomasa renovable ha varias ventajas y limitaciones en relación a la de fósiles combustibles, como se muestra en la Tabla 2. El rendimiento de hidrógeno que se puede producidos a partir de biomasa es relativamente baja, 16-18% en base a secas peso de la biomasa [21]. Hay dos tipos de materia de biomasa se disponible para ser convertida en hidrógeno [22]: (1) bioenergía dedicada cultivos, y (2) menos residuos caros, como orgánicos los residuos procedentes de la agricultura regulares agrícolas y de procesamiento de madera (Residuos de biomasa). En general, la biomasa de cultivos energéticos, como el sorgo dulce, puede ser utilizado como materia prima para biohidrógeno
de producción [23]. La biomasa, los residuos orgánicos, especialmente, ofrece una forma económica, respetuosa del medio ambiente para producción de hidrógeno renovable [24]. La lista de algunos de biomasa material utilizado para la producción de hidrógeno viene dada en la Tabla 3. El objetivo de este estudio es evaluar la situación política, económica y el impacto medioambiental de producir hidrógeno a partir de biomasa .
2. Los procesos de producción de hidrógeno a partirbiomasa.
Los métodos disponibles para la producción de hidrógeno a partirla biomasa se puede dividir en dos categorías principales: (1) termoquímicosy (2) rutas biológicas. El hidrógeno a partir de biomasase ha basado generalmente en la siguiente reacción [25]:
Solid waste þ Air/CO þ H2 (1)Biomass þ H2O þ Air/H2 þ CO2 (2)Cellulose þ H2O þ Air/H2 þ CO þ CH4 (3)
Tabla 2 - Principales ventajas y limitaciones de la biomasa dehidrógeno.VentajasEl uso de la biomasa reduce las emisiones de CO2Cultivos de conversión de residuos aumenta el valor de la producción agrícolaSustitución de los combustibles fósiles por combustibles de biomasa sostenibleLos costos de deshacerse de los residuos sólidos urbanosLimitacionesDisponibilidad estacional y los altos costos de manejoConversión de sólidos no total (formación de carbón) y la producción de alquitranesProceso de límites: resistencia a la corrosión, la presión y el hidrógenoenvejecimiento.
El hidrógeno puede ser producido a partir de materias primas biorenewable a través de la conversión termoquímica procesos como la pirolisis [26,27], la gasificación [28], la gasificación de vapor [26,29], vapor la reforma de los bio-aceites [30], y la gasificación en agua supercrítica de la biomasa [31,32]. Un cierto número de esfuerzos se han realizados por los investigadores para probar la producción de hidrógeno a partir de gasificación de la biomasa / pirolisis con diferentes tipos de biomasa [26,33,34]. Gasificación junto con el cambio de agua-gas es la más ampliamente practicada ruta de proceso para la biomasa e hidrógeno (Fig. 1) [35]. A temperaturas de aproximadamente 873-1273 K, biomasa sólida sufre descomposición térmica para formar gasphase productos que suelen incluir H2, CO, CO2, CH4, H2O,
y demás hidrocarburos gaseosos [36]. tecnologías de gasificación ofrecer la oportunidad de convertir la biomasa renovable materias primas en los gases de combustibles no contaminantes o gases de síntesis (syngas). Syngas es un gas rico en CO y H2 obtenido por gasificación de biomasa. La producción de hidrógeno es el mayor uso de gas de síntesis. La gasificación de la biomasa ha sido identificado como un posible sistema de producción de hidrógeno renovable, que es beneficiosa para explotar los recursos de biomasa, para desarrollar una alta eficiencia manera limpia para la producción de hidrógeno a gran escala, y tiene menos la dependencia de fuentes de energía fósiles inseguridad [37,38]. La mayor parte de la investigación impulsada por este interés ha sido de los derechos económicos la tecnología en la naturaleza, sobre la base de datos de rendimiento gasificador adquirida durante la prueba del sistema de las pruebas conceptuales. Menos se ha puesto énfasis a la investigación experimental de de producción de hidrógeno a través de la gasificación de biomasa. Hasta ahora, todos los equipos de proceso necesaria para producir el hidrógeno es así con domicilio social en el uso comercial, a excepción del gasificadores [32,39].
Bio-oilþ H2O/CO þ H2 (4)CO þ H2O/CO2 þ H2 (5)
The overall stoichiometry gives a maximum yield of 0.172 gH2/g bio-oil (11.2% based on wood) [35].
CH1.9O0.7 þ 1.26H2O/CO2 þ 2.21H2 (6)
La producción biológica de hidrógeno (bio-hidrógeno) es uno delos métodos alternativos donde los procesos pueden ser operadas atemperaturas y presiones, y son menos de energía[Amistosa intensiva y ambientales más 47,48]. Biohidrógenola producción ha recibido una atención especial durante laúltima década. Biotecnología de la producción de hidrógeno podría seruna manera más importante para la producción de energía en un futuro próximopor sus características de lowcosts y [la regeneración 49].La producción biológica de hidrógeno proporciona una posiblemedios para el suministro sostenible de hidrógeno con bajascontaminación y alta eficiencia, con lo que se considerauna vía prometedora para la producción de hidrógeno [50]. Biológico producción de hidrógeno como subproducto de los microorganismosmetabolismo es un área nueva y emocionante de desarrollo de la tecnologíaque ofrece el potencial de producción de hidrógeno utilizablede una variedad de recursos renovables [51]. Biológicola producción de hidrógeno se pueden clasificar en los siguientesgrupos: (1) biophotolysis directa, (2) biophotolysis indirecta, (3)biológico de las aguas de gases de reacción de desplazamiento, (4) foto-fermentacióny (5) oscuro fermentación. Hay tres tipos de microorganismosde la generación de hidrógeno: las cianobacterias, anaerobioslas bacterias y las bacterias fermentativas. Un método prometedor es
la producción biológica de hidrógeno mediante fermentación.producción fermentativa de hidrógeno es la fermentaciónconversión de sustrato orgánico a la bio-hidrógeno manifiestapor bacterias grupo diverso uso de sistemas multi-enzimaque incluye tres pasos similares a la conversión anaeróbica [18].El almidón, celulosa o hemicelulosa contenido de residuos, hidratos de carbonorica efluentes de la industria de alimentos o los residuos de lodos biológicospueden ser procesadas para convertir los hidratos de carbono paraácidos orgánicos y luego a gas de hidrógeno mediante el uso adecuado de bioprocesamientotecnologías [52-54]. La figura. 2 muestra esquemáticaEsquema de bio-hidrógeno de producción de la industria alimentariaaguas residuales y residuos agrícolas por parte de dos etapas, anaeróbicososcura y foto de la fermentación-[53]. procesos de producción de hidrógeno Bio-se encuentran a ser másla energía del medio ambiente menos amigable e intensa comoen comparación con el termo-químico y electroquímicoprocesos. Bio-hidrógeno consta de los motivos de seguridad energética,las preocupaciones ambientales, el ahorro de divisas yaspectos socioeconómicos relacionados con los sectores rurales de todos los paísesen el mundo. Bio-hidrógeno es un medio ambienteamigable combustible alternativo para automóvil que puede ser utilizado en unmotor de combustión interna.[55]. Una economía del hidrógeno, el objetivo a largo plazo de muchosnaciones, lo que potencialmente puede conferir la seguridad energética, junto conbeneficios económicos y ambientales [56]. No haydefinición universalmente aceptada de la economía del hidrógeno'''',pero es generalmente visto como el reemplazo de la vastamayoría de los combustibles derivados del petróleo utilizado por vehículos de transporte detodo tipo (automóviles, camiones, trenes y aviones) conhidrógeno que se quema en combustión interna (CI) a los motores,de combustión externa (chorro) los motores, o mejor, utilizado en el combustiblecélulas para generar energía de manera más eficiente para el transporte [57].Para la economía del hidrógeno energía en el futuro enormes cantidades dehidrógeno baratos tienen que ser proporcionados. Visto de una energíacontexto económico, la cantidad de hidrógeno fósiles utilizados para laprocesos químicos de hoy es sólo una pequeña parte del mundo
La figura. 2 - Un diagrama esquemático de bio-hidrógeno de produccióna partir de celulosa / agrícolas que contienen almidón y residuoslas aguas residuales de la industria alimentaria. Fuente: Ref. [53].
Economía del Hidrógeno.
La economía del hidrógeno''''se está promoviendo como uno de lossoluciones de los problemas energéticos del mundo. El término''de hidrógenoeconomía''fue usado por primera vez durante la crisis del petróleo de la década de 1970 paradescribir un nacional (o internacional) las infraestructuras energéticasbasado en el hidrógeno producido a partir de fuentes de energía no fósilesconsumo de energía de alrededor de 385 EJ por año. Pero en el futuro tecnologías que hacen uso de las fuentes de energía sostenible se han que se desplegarán [58]. El principal problema en la utilización de gas de hidrógeno como combustible
es su falta de disponibilidad en la naturaleza y la necesidad de bajo costo métodos de producción [53]. metano reformado con vapor (SMR) es Actualmente el método más barato de producir hidrógeno, y se utiliza para casi la mitad de la producción mundial de hidrógeno [59]. En este método, los costes del gas natural como materia prima en general, contribuirá con alrededor de 52-68% al precio final de hidrógeno para plantas más grandes, y el 40% de las plantas más pequeñas, con el resto de integrado por los gastos de capital [60]. Hidrógeno los costes de producción a partir del gas natural usando SMR van desde dólares EE.UU. 1,50 kg? 1 en grandes instalaciones (1,2 Gg d? 1) a cerca de kg 3,75 dólares EE.UU.? 1 kg en un 500 d? 1 planta (7 dólares EE.UU. asume GJ? 1 precio del gas natural) [61]. Rothwell y [Williams 62] encontraron que en dólares de los EE.UU. 6 GJ? 1, el costo de hidrógeno utilizando SMR está a punto EE.UU. $ 12 GJ? 1. El hidrógeno también puede producirse mediante la gasificación del carbón procesos, y si bien estos sistemas son menos maduras que SMR para la producción de hidrógeno, también están relativamente bien establecido [63]. Según Padró y [Putsche 64] el coste de hidrógeno de una planta de gasificación de carbón es de EE.UU. $ 10 - 12 GJ? 1. El carbón es barato, pero es la planta de gasificación de carbón caro. Si el precio del carbón se cambia en un 25%, el hidrógeno costo es cambiado por sólo 0,05 kg dólares de los EE.UU.? 1 [22]. Sin embargo, el la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles no son renovables y produce por lo menos la misma cantidad de CO2 como la directa combustión de los combustibles fósiles [65]. El coste de la captura de CO2 y de compresión a las presiones (W110 bar) susceptibles de transporte es de aproximadamente 30-50 dólares EE.UU. por tonelada de CO2. El los costos de transporte oscilan alrededor de 1-3 dólares EE.UU. por tonelada por 100 km
mientras que el secuestro real es de aproximadamente 1-3 dólares EE.UU. por tonelada de CO2 [66]. Varios estudios [56,67-69] mostró que la captura de CO2 incrementa en más del 25-30% para el costo de producir hidrógeno por SMR. Estos procesos utilizan fuentes de energía no renovable a producir hidrógeno y no son sostenibles. Por lo tanto, fuentes de energía renovables y tecnologías del hidrógeno de producción son necesarios durante las próximas décadas
El hidrógeno puede ser producido a partir de una variedad de productos nacionales, las fuentes renovables de energía. de hidrógeno en las instalaciones de producción se puede hacer por gasificación con vapor de gas natural (o, alternativamente, de las compañías de hidrógeno como el metanol o amoníaco) o por electrólisis. gasificación de vapor es generalmente mucho más barato que la electrólisis a escala industrial, debido al bajo precio de gas natural en comparación con la electricidad [18]. Hoy en día, prácticamente todos los el hidrógeno es producido por gasificación de vapor. El costo de la la producción de hidrógeno a partir de diferentes fuentes es muy variable dado únicos costos de los equipos de capital, el costo de materias primas, la disponibilidad y el transporte, la tecnología y la madurez. Una de hidrógeno
la producción de la economía encuesta resumió los resultados de numerosos estudios sobre el costo estimado para el hidrógeno producción, almacenamiento y transporte, cerca de las tecnologías comercialización [70]. El costo proyectado de más optimistas la producción de hidrógeno a partir de diversas fuentes se da en la Tabla 4. Se cree que en el futuro de la biomasa puede convertirse en un importante fuente sostenible de hidrógeno. La biomasa, en particular, podría ser una opción de bajo costo para algunos países. Por lo tanto, una solución rentable de producción de energía proceso podría lograrse en el que los desechos agrícolas y varios otros biomasas se reciclan para producir hidrógeno económicamente [35]. El costo de producir hidrógeno a partir de la biomasa ha sido investigado en varios estudios [71,72]. Según Hamelinck y Faaij [71], el costo de producir hidrógeno a partir de biomasa va de dólares de los EE.UU. 10 a 14 GJ? 1, con una red de HHV (mayor de calefacción valor) de eficiencia energética de 56-64%. Una evaluación de tecnologías de producción de hidrógeno concluye que la biomasa gasificación es el proceso más económico para renovables la producción de hidrógeno, mientras que otros análisis han demostrado que la gasificación de biomasa y conversión de cambio es económicamente desfavorables en comparación con el gas natural, reformado con vapor, a excepción de muy bajo coste de la biomasa y el potencial del medio ambiente incentivos [35]. El precio del hidrógeno obtenido directa gasificación de biomasa lignocelulósica, sin embargo, es alrededor de tres veces mayor que para el hidrógeno producido por ARM [73]. comparación de costos estimados de producción de hidrógeno por gasificación de biomasa y gas natural-vapor es muestra en la figura. 3 [74].Otra ruta alternativa a la producción de hidrógeno es la pirolisisde la biomasa. El costo de producir hidrógeno a partir de biomasarangos de pirolisis de dólares de los EE.UU. 8,86 a 15,52 GJ 1 en función de lainstalación [64]. La tecnología de la pirolisis de base, en particular,por tener oportunidad de co-productos, tiene la mayoreconomía favorable. Otra ventaja de la biomasa comouna materia prima renovable es que no es intermitente, pero puede serutiliza para producir hidrógeno a medida que requerido. Concientíficas y avances de la ingeniería, la biomasa puede servisto como un componente clave y económicamente viables parauna economía del hidrógeno renovable basada en [75]. Viabilidad económicade diferentes tipos de procesos de generación de energía se resumeen el cuadro 5.Estimación del costo de bio-hidrógeno se ve afectada poruna gama de controladores que podría cambiar en la dirección y la importanciacon el tiempo. Estos incluyen:
1. coste del suministro, el precio de mercado y la demanda,2. Coste de almacenamiento,3. Distribución de costos,4. El coste de producción,5. Competir, los mercados no energéticos de la biomasa, y6. El acceso al mercado.El cálculo de los precios de bio-hidrógeno debe ser diseñado
para mantener en el futuro el equilibrio entre la demanday la oferta, teniendo en cuenta los costes de planeado.
2.
Tatabla 4
La figura. 3 - Comparación del coste estimado de producción de hidrógeno
por gasificación de biomasa y gas natural, reformado con vapor.Fuente: Ref. [74].v
inversiones. El marginal bio-hidrógeno es el más carocombustible que se utilizan cuando el objetivo se alcanzó al menoscosto. Los combustibles se utilizarán a su vez por orden de precios de menora mayor. Hay tres factores de coste afectados en el biohidrógenogastos: (1) costos de operación, (2) la distribución ylos costos de fusión, y (3) los costes de capital. Los gastos de funcionamiento sondefine aquí como todos los gastos que no son de capital o materias primas para los costes.Varios estudios han demostrado que el costo de producciónhidrógeno a partir de la biomasa depende en gran medida el costo dela materia prima. La materia prima es relativamente barata. Materia primacuenta los costos de 36A € "62% de los costes de combustible para la finaltecnologías mencionadas [71]. El costo de funcionamiento de la generada
de hidrógeno se llevó a cabo mediante el procesamiento de 10 toneladas de labiomasa. La biomasa se recibió a un precio de 4 dólares EE.UU. toneladas 1. Lofue transportado en camión de dólares de los EE.UU. 16. El costo de 1 kg de purificadael hidrógeno es sólo 0,68 dólares EE.UU. [76]. El hidrógeno desempeñará un importante papelpapel en una economía de energía en el futuro sobre todo como el almacenamiento y lamedio para el transporte de fuentes de energía renovables.acciones renovables del 69% sobre la demanda total de energía conducirána las acciones de hidrógeno de 34% en 2050 [77]. La capacidad de almacenarde hidrógeno con mayor facilidad que la electricidad puede ayudar con la carganivelación y en el equilibrio de la naturaleza intermitente de las energías renovablesfuentes de energía. El porcentaje de energía primaria individualesfuentes para satisfacer las necesidades de energía final figura en el cuadro 6 [78].La economía de la descarbonización de la electricidad y el hidrógenose muestra en el cuadro 7 [79]. El cuadro 8 muestra lo que el costo dede hidrógeno en comparación con otros combustibles es de [18]. Mejor utilización de la energía los recursos se da en el cuadro 9 [18].
3. Los impactos ambientales
Las preocupaciones ambientales se han planteado en los últimos años se ocupan de los gases de efecto invernadero producidos por el transporte industria. Un factor que contribuye de gases de efecto invernadero de emisiones es la quema de combustibles fósiles como el diesel, gasolina y aceite. Recientemente, ha habido un creciente interés en bio-combustibles debido al aumento de los costos de energía y medio ambiente problemas. Cada vez más, los responsables políticos, los administradores de la energía y los profesionales necesitan saber cómo responder a los del medio ambiente estrategias para reducir los costes de llegar a limitar el medio ambiente impactos [79]. Resumen de transporte de gas de efecto invernadero opciones de políticas de mitigación y figura en el cuadro 10 [80]. Potencial de bioproductos a partir de biomasa son el biodiésel, productos bioquímicos, bio-combustible para el transporte, y el biogás por el poder o la transformación posterior de combustible para el transporte, tales como el hidrógeno [56]. Hay varias razones para bio-combustibles destinados a ser consideran tecnologías pertinentes por tanto en desarrollo como los países industrializados. Estos incluyen la seguridad energética razones, las preocupaciones ambientales, el ahorro de divisas, y las cuestiones socioeconómicas relacionadas con el sector rural [79]. Debido a sus ventajas medioambientales, la proporción de bio-combustible en el mercado de los combustibles de automoción crecerá rápidamente en la próxima década [81]. El hidrógeno puede ser generado a partir biorenewables neutras en carbono o libres de carbono de fuentes de energía como electricidad, energía solar y eólica. De esta manera, el uso del hidrógeno podría finalmente eliminar las emisiones de gases nocivos de la energíasector. vehículos impulsados por hidrógeno son los dispositivos de emisión ceroen el punto de uso, con el consiguiente beneficios locales de calidad del aire.Las células de combustible impulsado por hidrógeno podría contribuir a reduciro la eliminación de las emisiones de gases de efecto invernadero CO2 y de otros
de los vehículos de transporte por carretera. Existe un interés crecienteen el papel que los sistemas energéticos basados en el hidrógeno puede jugar enel futuro, especialmente en el sector del transporte. Debido a que tienenha demostrado que las emisiones de gases nocivos, impulsado por hidrógenosistemas de energía parece ser una alternativa atractiva aactuales basados en combustibles fósiles-los sistemas de energía en el futuro [82].Casi todos estos contaminantes serían eliminados mediante el uso deel hidrógeno como combustible. Los problemas ambientales que podríansurgen en el uso de hidrógeno se producen durante su producción, pero no suutilización. Usando una fuente de energía renovable como fuente dela producción de hidrógeno eliminará los problemas ambientales[83]. Si el hidrógeno se produce sin emitir CO2 ootros gases de efecto invernadero desestabilizar el clima, que podrían formarla base de un sistema energético verdaderamente sostenible. Así, elproductos obtenidos a partir de pirolisis y gasificación de reactores puedeser controlado antes de los contaminantes del aire en la atmósfera. Haymuchas estrategias para controlar las emisiones nocivas determoquímica procesos de conversión, y son muydepende de los requisitos del proceso de cada individuoinstalaciones.El uso de combustibles fósiles tiene efectos nocivos sobre el medio ambiente.Durante la producción, refinamiento, transporte, y almacenamiento de petróleo crudo y productos derivados del petróleo, derrames y las fugas se producen, lo que hace que el agua y la contaminación atmosférica. La mayor parte de el impacto ambiental de combustibles fósiles se produce durante los fines de el uso de la combustión cuando enormes cantidades de gases distintos (CO2, CO, SOx, NOx, CH), el hollín y la ceniza se producen y liberado a la atmósfera [84]. El hidrógeno sería vehículos no produce, ya sea directa o indirectamente, cantidad significativa de CO, HC, partículas, SOx, azufre, ácido deposición, el ozono y otros oxidantes, benceno y otros aromáticos cancerígenos compuestos, formaldehído y otros aldehídos, plomo y otros metales tóxicos, humo o emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. El único contaminante de preocupación que con NOx. Si el hidrógeno es a partir de agua utilizando una fuente de energía limpia, luego de hidrógeno producción y distribución será libre de contaminación [18]. Vehículos con célula de combustible de hidrógeno-que hacen posible que biomasa que se utilizará para el transporte, con nula o casi nula la contaminación del aire local y el nivel muy bajo de emisiones de CO2 del ciclo de vida, si se produce materias primas de biomasa sostenible [85]. Los científicos han estimado que los efectos potenciales sobre climático de los dispositivos de energía basadas en el hidrógeno sería mucho inferiores a las de dispositivos de energía fósiles basados en combustibles. Sin embargo, tales impactos considerablemente dependerá de la la síntesis, almacenamiento y utilización de hidrógeno [18]. Si uno mundial del hidrógeno economía sustituirá el actual sistema de energía de combustibles fósiles basados en y exhibieron una tasa de fuga de 1%, entonces se producirían un impacto sobre el clima del 0,6% del actual sistema basado en los combustibles fósiles. Si el índice de fuga fue de 10%, entonces el impacto sobre el clima sería 6% de la del sistema de combustibles fósiles [86].
Un gran atractivo del hidrógeno es libre de contaminación de combustión mientras que una gran cantidad de compuestos no deseados se emite desde la gasolina y los vehículos diesel, o de forma a partir de sus emisiones. producto de la combustión del hidrógeno es limpio, que se compone de agua y una pequeña cantidad de NOx. La combustión de hidrógeno con el oxígeno produce agua como único producto:
2H2 þ O2/2H2O (7)La combustión del hidrógeno con el aire sin embargo también puedeproducen Nox:H2 þ O2 þN2/H2O þN2 þ NoxCon las medidas adecuadas se cree que esta cantidadde NOx pueden reducirse e incluso alcanzar 1 / precios tan bajos como 200 dieselmotores [87]. Las emisiones de NOx se crean debido a la altatemperaturas generadas dentro de la cámara de combustióndurante la combustión. Esta elevada temperatura hace que algunos de losnitrógeno en el aire para combinarse con el oxígeno en el aire. Elcantidad de NOx depende de la forma [85]: (1) la relación aire / combustible,(2) la relación de compresión del motor, (3) la velocidad del motor (4) elRegulación del encendido, y (5) si se utiliza dilución térmica.La tabla 11 muestra las emisiones de hidrógeno y el mismo modelolos vehículos de gasolina.Bio-hidrógeno ofrece una serie de técnicas y medioambientalesbeneficios sobre los combustibles fósiles convencionales, lo que haceatractivos como alternativas para el sector del transporte. Elbeneficios incluyen la reducción de gases de efecto invernadero como la reducción delas emisiones de CO2, lo que contribuirá a nacionales e internacionalesobjetivos, la diversificación del sector de combustible, la biodegradabilidad,sostenibilidad, y un mercado adicional paraproductos agrícolas. La tabla 12 muestra los principales beneficios de biohidrógeno[18].
5. Políticos impactos
En general la política energética, incluye temas de producción de energía,distribución y consumo. Es la manera una determinada entidadha decidido abordar estas cuestiones [79]. Los atributos depolítica energética pueden incluir los tratados internacionales, la legislaciónsobre las actividades de energía comercial (comercio, transporte, almacenamiento,etc), los incentivos a la inversión, las directrices para la energía producción, transformación y utilización (eficiencia y de emisiones normas), la fiscalidad y otras técnicas de orden público, la investigación relacionada con la energía y el desarrollo, la economía de la energía, general de los acuerdos comerciales internacionales y la comercialización, diversidad de la energía, y posibles factores de riesgo de la energía en contra crisis [13,18,88]. Las políticas actuales de la energía también se ocupan del medio ambiente cuestiones, incluidas las tecnologías respetuosas del medio ambiente para aumentar los suministros de energía más limpias y fomentar, un uso más eficiente de la energía, la contaminación atmosférica, efecto invernadero (Principalmente la reducción de las emisiones de CO2), el calentamiento global y el clima
[editar 18,88,89]. Bio-combustibles están atrayendo interés cada vez mayor en todo el mundo, con algunos gobiernos anunciando compromisos de biocombustibles programas como una manera de reducir tanto las emisiones de gases de efecto invernadero y la dependencia de los combustibles derivados del petróleo. El Unidas Estados Unidos, Brasil, y varias Unión Europea (UE) los Estados miembros tienen los mayores programas de promoción de los biocombustibles en el mundo. Las políticas nacionales de bio-combustibles tienden a variar de acuerdo a la disponibilidad de materia prima para la producción de combustibles y las políticas nacionales agrícolas. El reciente compromiso del gobierno de los Estados Unidos para aumentar la bio-energía tres veces en diez años ha añadido impulso a la búsqueda para la viabilidad de los biocombustibles [79,90-95]. Objetivos y las expectativas para la bio-energía en muchas de las políticas nacionales ambiciosas, que 20-30% de la demanda total de energía en diversos los países. Del mismo modo, los escenarios energéticos a largo plazo también contienen ambiciosos objetivos [96]. El hidrógeno podría ser una fuente de energía pacífica para todos los países. El hidrógeno podría ser el próximo gran combustible, ya que está disponible en todo el mundo y el agua es su único subproducto. El hidrógeno tiene recibido una mayor atención como renovables y el medio ambiente opción amigable para ayudar a satisfacer las necesidades actuales de la energía [18]. Política interés en avanzar hacia una basada en el hidrógeno la economía está creciendo, en gran parte porque el hidrógeno convirtiéndolo en energía utilizable puede ser más eficiente que los combustibles fósiles y la virtud de sólo la producción de agua (H2O) como subproducto de la el proceso [97]. Antes de las políticas para avanzar en una energía del hidrógeno.
Tabla 12.economía de prosperar, es vital que todos los aspectos de hidrógeno se en comparación con otras alternativas disponibles. Las cuestiones importantes pedir a este respecto es si la economía del hidrógeno puede satisfacer las necesidades fundamentales de energía y si existen mecanismos adecuados funciones para el hidrógeno que desempeñar en un futuro energético sostenible [98]. Debido a algunas de las consecuencias tecnológicas y económicas, experiencias prácticas de la energía del hidrógeno tienen amplia aplicaciones ni en los países más ricos ni en los más pobres países en la actualidad. Para los países desarrollados, activo participación en la investigación sobre el hidrógeno y el desarrollo, especialmente a través de programas de colaboración internacionales, podría facilitar la introducción de nuevas tecnologías del hidrógeno como que ser competitiva. Un gran dilema ahora se enfrenta la los países en desarrollo es cómo invertir en la investigación del hidrógeno y el desarrollo para la transición a la economía del hidrógeno. La mayoría de los países en desarrollo probablemente más que los desarrolladores de las tecnologías de vanguardia. Los países en desarrollo han al menos en lo mucho que ganar de una evolución hacia el hidrógeno economía en los países industrializados, ya que generalmente sufren más de la contaminación urbana y sus economías tienden a ser más intensivas en energía. Las organizaciones internacionales tienen un
papel importante que desempeñar en ayudar a los países en la creación de una política basada en el mercado relacionadas con el hidrógeno y otros limpia sistemas de energía [99]. Las organizaciones internacionales deberían apoyar a los países en desarrollo para la transición a la una economía del hidrógeno, así como la producción de hidrógeno y distribución, para proporcionar el capital tanto nacionales como extranjeros. En reconocimiento de los objetivos de reducción de gases de efecto invernadero establecidos por el Protocolo de Kyoto, los estudios se han centrado en el hidrógeno como un medio de satisfacer la demanda de energía limpia. Inversión en la investigación ya ha conducido a importantes avances en tecnologías relacionadas con el hidrógeno en países como miembros estados de la Unión Europea, EE.UU., Canadá y Japón [100]. Varias empresas que participan en el desarrollo y comercialización de las tecnologías del hidrógeno. Mientras británica Petroleum (BP) y Shell están participando intensamente en las la energía del hidrógeno proyectos en todo el mundo, Shell haber cometido Dólares de los EE.UU. 1 mil millones para la energía del hidrógeno I + D y comercialización actividades en el año 2006 [101]. BP está ofreciendo la entrega de hidrógeno infraestructura para proyectos de demostración de transporte en 10 ciudades de todo el mundo, incluido el CUTE (Clean Urbano De transporte de Europa) del proyecto de autobús en Londres [102]. El objetivo de proyectos de demostración de las tecnologías del hidrógeno es de empuje de la etapa de investigación y desarrollo para la comercialización nivel [103]. BP también está construyendo dos grandes instalaciones de producción de hidrógeno, que emplean combustibles fósiles reforma con el secuestro de carbono geológico, en Peterhead, Escocia, y Carson, California [102]. California es un proyecto industrialscale proyecto de coque de petróleo utilizando para la fabricación de hidrógeno para generación de energía al tiempo que reduce drásticamente de efecto invernadero las emisiones de gases mediante la captura de CO2 y almacenarlo de forma segura y permanentemente bajo tierra [104]. infraestructura internacional Otros empresas implicadas con la provisión de infraestructura de hidrógeno incluyen Stuart Energy Systems Corp., Linde AG, y Air Products and Chemicals Inc [102]. Las actuales políticas de la UE sobre combustibles alternativos para motores se enfocan en promoción de los bio-combustibles. La definición de lo marginal productor depende de la orientación de la política sobre biocombustibles. Bio-combustibles política de precios no debe ser empleado como un anti-inflacionario instrumento. Se debe aplicar de tal manera, que no crear las subvenciones cruzadas entre las clases de los consumidores [18.105 -107]. En una propuesta de directiva de bio-combustibles "la introducción deun régimen de cuota obligatoria de biocombustibles, incluyendo a partir del2009 cuotas de incorporar como mínimo. La tabla 13 muestra las acciones decombustibles alternativos en comparación con el total de carburantes para la automociónconsumo en la UE en el marco del desarrollo optimistaescenario de la Comisión Europea [108.
6. Proyecciones futuras
La energía es un insumo esencial para el desarrollo social yel crecimiento económico. El papel de la energía como un catalizador indispensable paracrecimiento económico y un nivel de vida es mayoruna realidad que los responsables políticos deberían tener en cuenta en sus decisionesy cuando la evaluación ambiental, económico y socialobjetivos [109]. En la actualidad, a nivel mundial la demanda de energía esaumentando en consonancia con el desarrollo socio-económico,aunque en los países en desarrollo se incrementa un poco másrápidamente que los países desarrollados [110]. Consumo de energíaen los países desarrollados crece a un ritmo de aproximadamente el 1%por año, y la de los países en desarrollo, el 5% por año [111].Proyecciones futuras de energía son conducidos por los supuestos sobre los principalesvariables como la población mundial, el crecimiento económico,desarrollo tecnológico y difusión, mundiales y regionalesintegración económica, los precios del combustible, la agricultura, uso de la tierralos patrones, etc [112]. La Agencia Internacional de Energía [113]estima que la demanda mundial de energía aumentará en un mediootra vez de aquí a 2030, con más de dos tercios deeste aumento procedentes de países en desarrollo y emergentes.La demanda mundial de energía primaria en la referencia y
La figura. 4 - La demanda mundial de energía primaria en la referencia y escenario de políticas alternativas. Fuente: Ref. [112]
escenario de política alternativa se da en la figura. 4. Población humanacrecimiento es más rápido en los países en desarrollo. La figura. 5
muestra los escenarios de la población mundial en 2050. Poblaciónde los países en desarrollo se estima que se duplique para 2055,mientras que la población de los países industriales aumentarápor sólo el 15% durante el mismo período [18]. nuevo combustible convencionalexploraciones, las guerras de la energía y las maniobras políticas no seránprevenir la producción de combustibles no convencionales y lacontinua evolución de un mercado energético realmente global.El logro de cambios a gran escala para desarrollar una sostenidaeconomía del hidrógeno requiere una gran cantidad de planificación yla cooperación a nivel tanto nacional como internacional [114].
La figura. 6 - Evolución de las cuotas de mercado global de finalenergy diferentes las compañías para el período 1990-2100 en el B1-H2 escenario. Fuente: Ref. [115].IIASAs respetuosa del medio ambiente estrategias de energía (ECS) proyecto ha desarrollado un escenario de largo plazo basada en el hidrógeno (B1- H2) del sistema energético mundial para analizar el futuro perspectivas de las pilas de combustible [115]. El escenario muestra la clave papel de hidrógeno en una transición a largo plazo hacia una limpia y futuro energético sostenible. En un afluente, de baja población
crecimiento, la equidad y el mundo B1-H2 orientada a la sostenibilidad, las tecnologías del hidrógeno experiencia sustancial pero plausible mejoras de rendimiento y los costes y difundir ampliamente. Las pilas de combustible y otras tecnologías que utilizan hidrógeno-juego un papel importante en la transformación hacia una más flexible, menos vulnerables, la energía distribuida sistema que cumpla con la energía necesidades en un limpio, de manera más eficiente y rentable. Esta profunda transformación estructural de la energía mundial sistema aporta mejoras sustanciales en la intensidad energética y una descarbonización acelerado de la combinación energética, resultando en impactos del clima relativamente bajo [115.116]. El escenario B1-H2 se basa en el escenario B1-IIASA desarrollado como uno de los escenarios de emisiones del Comité Intergubernamental
Panel sobre el Cambio Climático (IPCC) [117], con la actualización información sobre las características de tecnología del hidrógeno tecnologías, proveniente de una evaluación de la tecnología. La figura. 6 se tomado de el escenario B1-H2 con el fin de mostrar las tendencias en cuotas de mercado global de las compañías de energía final diferente. De indica en la figura. 6, la mezcla final de energía en el escenario B1-H2 cambios durante el transcurso del siglo 21, como la tendencia hacia más limpio, más flexible y conveniente portadores de energía continúa. Los combustibles sólidos, como el carbón y biomasa, se van retirando del mercado de la energía final. productos del petróleo, los combustibles vigente a día de hoy, reducir su cuota de drásticamente. Grid-emitido vectores energéticos como la electricidad yhidrógeno dominan cada vez más la mezcla final de energía.El hidrógeno, en particular, impulsado por la penetración de la eficienciatecnologías de uso final, aumenta su participación de manera espectacular,representa aproximadamente el 49% de la final mundialel consumo a finales del siglo 21, y se convierte en elportadora principal final de energía [116]. Presente la utilización del hidrógenoes equivalente al 3% del consumo de energía y conuna tasa de crecimiento estimado en un 5-10% por año [48].Presenta los últimos datos sobre la producción mundial del hidrógeno a partir dediversas fuentes se da en el cuadro 14 [63]. Como se muestra en la figura. 7,aproximadamente el 96% del hidrógeno producido procedentes decombustibles fósiles de conversión, como el gas natural la reforma. Sobre4% del hidrógeno se produce a través de la electrólisis del agua. La figura. 8muestra mezcla global de suministro de hidrógeno en el escenario B1-H2. Enlas últimas décadas del siglo 21, sin embargo, el rápidoaumento de la producción de la biomasa se convierte en el másimportante fuente de suministro a escala mundial. Significativolas contribuciones se hacen también por la tecnología solar térmicay, en menor medida, por la gasificación del carbón [116].
