1. 1
Académico. Ing. Nelson Hernández (Energista)
Blog: Gerencia y Energía
La Pluma Candente
Twitter: @energia21
Enero 2021
HIDROGENO
Estado del Arte
2. 2
Fuente: Siemens Energy Infografía: Nelson Hernández
Descarbonización y sustentabilidad del sistema energético
Nota: Es una grafica GIF en modo presentación
3. 3
Aumentar la eficiencia energética
en todos los sectores productivos y
de servicios
Eficiencia Energética
En procesos donde no son
sustituibles los combustibles fósiles
Remoción y captura
de CO2
Usos energías verdes en sectores no
electrificables
Combustibles zero
emisión CO2
Proporcionar electricidad limpias a
todos los sectores
Electrificación de la
economía
Descarbonizar el suministro de
electricidad
Electricidad con
menos CO2
Fuente: Aspeninstitute Infografía: Nelson Hernández
Cinco elementos para alcanzar una profunda descarbonización del sistema energético
4. Fuente: BP /IEA / Ajustes: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Mundo. Demanda real y Prospectiva energética (1965 – 2040)
Renovables Nuclear Carbón Gas Petróleo
600
500
400
300
200
100
EJ
0
1965 - 2040
Histórico Prospectiva (*)
Renovables: Biomasa, Eólica, Solar, Hidroelectricidad, Geotermal
(*) Escenario aumento temperatura < 1.5 °C
575
18.5 %
18.0 %
11.8 %
12.1 %
39.6 %
5. 5
Fuente: EIA / Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Etapas de la Innovación
Economía de escala
Prototipo
Demostración
Adopción temprana
Madurez
Nicho de mercados
1er escala comercial
1ra Generación
Final del
prototipo
Potencial futuro
(disruptor)
2da Generación
Transferencia
Conocimiento
3ra Generación
(nuevas ideas
provenientes de la
experiencia)
Mejoras continuas
Etapasdelainnovación
Tiempo
6. 2020 20705040353025 60
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
PrototipoMaduras Adoptadas Demostración
Mundo (cero emisión). Tecnologías en reducción de emisiones CO2 (GT/año)
Fuente: EIA (2020) (escenario sustentable)
Adaptación: Nelson Hernández
Infografía: Nelson Hernández
435 tecnologías que
cubren las áreas de:
Transformación energética
Transporte
Industria
Inmuebles
Infraestructura CO2
https://www.iea.org/articles/etp-clean-energy-technology-guide
50 Tecnologías son de H2
7. 7
EólicaGasPetróleoCarbónAgua Solar
Electricidad Hidrógeno
Se denomina vector energético a aquellas sustancias o dispositivos
que almacenan energía, de tal manera que ésta pueda liberarse
posteriormente de forma controlada. Se diferencian de las fuentes
primarias porque son productos manufacturados, en los cuales se
invierte una cantidad mayor de energía para su obtención, y entre los
cuales se encuentran la electricidad y el hidrógeno.
Conceptualización: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Vector energético
8. 8
Baja emisión CO2 Cero emisión CO2
Alta emisión CO2
Hidrogeno Azul
Insumo: CH4
Proceso: Gas de síntesis
CO2 es capturado y
almacenado
Hidrogeno Verde
Insumo: H2O
Proceso: Electrolisis
No produce CO2
Hidrogeno Gris
Insumo: CH4
Proceso: Gas de síntesis
CO2 arrojado a la atmosfera
Hidrogeno Marrón
Insumo: Carbón e Hidrocar
Proceso: Gas de síntesis
CO2 arrojado a la atmosfera
Fuente: CERTYFHY
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Clasificación de la producción de hidrogeno
9. 9
Veces
PROPIEDAD Hidrógeno (H2) Metano (CH4) CH4/H2
Densidad (en estado gaseoso), Kg/kPC 2.52 18.6 7.38
Densidad (en estado líquido), Kg/lit 0.0708 0.45 6.35
Temperatura de ebullición, °C -252.76 -161.00 0.64
Energía por PC gaseoso, BTU 287 1000 3.48
Energía por Kg (liquido), BTU 113855 42767 0.37
Energía por litros (liquido), BTU 8058 19245 2.39
Velocidad de llama, cms/seg 346 43.2 0.12
Rango mínimo de ignición en aire, % 4 24 6.00
Energía de ignición, BTU 18.96 1.9 0.10
Recopilación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Propiedades del Hidrogeno y del Metano
10. CO2 HH
Gasificador / Reformador
OCO2 H
Gasificador / Reformador
Captura y
almacenamiento
de C
Electrolizador
Gris VerdeAzul
Hidrogeno. Procesos de obtención
Conceptualización: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
EólicaGasPetróleoCarbónAgua Solar
11. 11
Fuente: SHELL / Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Procesos para la producción de hidrogenoEnergía
Primaria Energía
Secundaria Conversión Producto
Intermedio
Portador
Final de
Energía
Biomasa
Algas
Solares
Solar
Eólica
Nuclear
Biometano
Biogas
Etanol
Aceites
Electricidad
Carbón
Petróleo
Gas
Natural * Reformación
CH4
* Oxidación
parcial
* Reformación
autotermal
Conversion
Bioquímica
Electrolisis
Conversión
Termoquímica
Syngas
12. Fuente: http://apilados.com/blog/almacenamiento-hidrogeno-comprimido-tipos-tanques/
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Almacenamiento del hidrogeno
H2 liquido
Hidrogeno
químico
Hidruro
complejo
Hidruro
intersticial
Liquido
orgánico
Adsorbente
Ej: NH3BH3Ej: NaAlH4Ej: LANi5H6Ej: BN Metil
ciclopentano
Ej: MOF-5
Frio/Criog
comprimido
Gas
comprimido
Estado Físico Estado Químico
13. 13
148168 BTU/kg
H2 gaseoso
H2 liquido
113855 BTU/kg
Proceso de
licuefacción
Consumo proceso
licuefacción
34313 BTU/kg
Elaboración: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Balance energético licuefacción del hidrogeno
14. 14
Fuente: IEA 2019
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Mundo. Producción de Hidrogeno 2019
Grafico Dinámico:
https://public.flourish.studio/visualisation/4785040/
15. CGH2
CGH2CGH2
CGH2 LOHC
LOHC
CGH2
LOHC
CGH2
LOHC
NH3
NH3
Inviable
Fuente: BloombergNEF (2020)
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Transporte del H2 en función de volumen y distancia ($/kg)
Distancia (km)
Volumen(Ton/día)
1
10
100
1000
10 100 100001000
0
1
Transmisión Hidrogductos
Distribución Hidrogductos
Camiones
Pequeño
InternacionalInter ciudadUrbanoLocal
Grande
CHH2= H2 comprimido LOHC= H2 orgánico liquido H2 Liquido Amoniaco
16. 0 2 4 6 8 10 %
Condicionado
Permitido
Alemania
Bélgica
Inglaterra
Japón
Holanda
Finlandia
Lituania
Suiza
Austria
España
Francia
USA (California)
Fuente: Dolci et al (2019)
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Limite de hidrogeno en gasoductos (%)
Limite máximo aplica
* En Alemania cuando no esta conectada una estación de CNG a la red
* En Lituania cuando la presión en la red es mayor de 203 psi
* En Holanda cuando el gas tiene un alto poder calorífico
17. Sistema Integrado del Hidrogeno Verde
Red
Eléctrica
Solar Concentrada
Solar PV
Eólica
Generación
Eléctrica
Batería
Nuclear
Hidrogeno
Almacenamiento
y Distribución
Otros
Usos
Generación de
Hidrogeno
Metalurgia
Amonio
Valor Agregado
Aplicaciones
H2 y CH4
Infraestructura
Transporte
Vehicular
Combustt
Sinteticos
Mejoram
Crudo/
Biomasa
Fuente: EIA / Adaptación: N. Hernández Infografía: Nelson Hernández
20. 20
Electrolisis
Captura CO2
Tra-Alm-Dist
Inversor DC/AC
Carga batería
H2 a electricidad
Inversor AC/DC
Eficiencia motor
100 % electric renovab 100 % electric renovab100 % electric renovab
5 % PE
30 % PE 30 % PE
37 % PE
26 % PE
5 0 % PE
10 % PE
5 % PE
5 % PE
5 % PE
10 % PE
5 % PE
70 % PE
Eficiencia en
la Producción 95 % 52 % 44 %
Eficiencia
Total
73 % 22 % 13 %
Delpozo
Altanque
Deltanquealarueda
Fuente: Transport & Environment / Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Comparación de eficiencia : Vehículos eléctricos Vs H2V
Carga Directa
Vehículo a batería
Electricidad a liquido
Vehículo convencional
Hidrogeno
Vehículo a fuel cell
PE: Perdida
energética
21. 21
Fuente: IHS Markit (2020)
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Hidrogeno. Cadena de Valor
Gasificación
(Syngas)
Electrolisis
(Agua)
Re - conversión
Amonia /Metanol / LOHC
Conversión
CH4 sintético
Uso directo
Electrolisis agua local
+CO2 / CO
(mecanización)
Industria
Uso final
Domestic
Comerc.
Potencia
Movilidad
H2 liquido H2 Gaseoso
Hidrogducto
H2 liquido
o o o
Producción Usos FinalesAlmacenaje, Transporte y Distribución
o
26. Fuente: IEA 2020 Infografía: Nelson Hernández
Hidrogeno Verde (H2V). Costo producción ($/Kg)
27. 0
50
100
150
200
250
300
350
$ / MWH
2010 2019
Bio Combustibles
Geotérmica
Hidroelectricidad
Solar PV
Solar Térmica
Eólica Marina
Eólica Tierra
Energías alternativas. Variación LCOE (2010 – 2019)
Fuente: IRENA 2019 Infografía: Nelson Hernández
Rango energías fósiles
27
28. 28
Incertidumbre
de la demanda
Complementariedad
Bajos costos de
producción
Utilización
Economía de
escala
Aceleración
demanda de
H2V
Fuente: Hydrogen Council
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Factores para
crear un mercado
de H2V
29. Europa Oriental (6.9 %)
Sur y Centro América (3.3 %)
Sur Este Asia (3.6%)
África (2.5 %)
Europa Central (1.7 %)
Canadá (2.5 %)
Japón (1.5 %)
Otros (3.1 %)
China (32.2 %)
Europa Occidental (8.3 %)
USA (11.7 %)
Medio Oriente (15.6 %)
Asia Sur Oriental (7.2 %)
115
MTH2
Fuente: IHS Market (2018)
Adaptación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Mundo. Consumo de Hidrogeno 2017
30. 30
•Francia: Producción de H2V para la industria y tecnología para transporte, con
metas de 50 mil vehículos ligeros a hidrógeno en el 2028 y 1000 estaciones
surtidoras de H2V.
•Alemania: Centrada en focos en tecnologías de transporte (Celdas de
combustibles) y almacenamiento energético (P2G)
•Japón: Aplicación en sector de movilidad, tecnología para exportación, uso
residencial e industrial. Metas de 900 estaciones de servicio para 800 vehículos
en el 2030 y 5.3 millones de viviendas con calefacción a H2
•Corea del Sur: Enfocada en la producción de celdas de combustibles, exportación
y adaptación de tecnología en el sector transporte. 41 mil buses a hidrógeno en el
2040.
•Australia: Centrada en la producción de H2V para exportación, tecnologías de
almacenamiento y descarbonización del transporte mediante celdas de
combustibles
•USA (California): La estrategia esta focalizada en el transporte , con metas de 1
millón de vehículos a hidrógeno en el 2030, con 33 % de estos con H2V
•Chile: Con plan estratégico para producir H2V para exportación y consumo
interno en el sector transporte, principalmente.
Recopilación: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Países con estrategias definidas en H2V
32. 32
• El H2V es una solución viable para el desafío de la descarbonización
global. El aumento de su competitividad al reducir sus costos es hoy
posible para muchas aplicaciones.
• Los beneficios de la economía del hidrógeno, llevan implícitos la
seguridad energética para los países que decidan producirlo, ya que solo
necesitan de insumo básico agua y electricidad (solar – eólica), los cuales,
en mayor o menor cuantía, existen en todos los países.
• La abundancia relativa del hidrógeno crea oportunidades de negocios en
toda su cadena de valor, donde está presente la economía circular por la
marcada reciclabilidad de equipos e insumos utilizados para su
producción y consumo.
• Aun hay mucho camino que recorrer para la consolidación del H2V, ya
bien sea como materia prima o como energético. Su potencial esta allí,
solo es cuestión de tiempo para mejorar las tecnologías que permiten su
producción, almacenamiento, transporte y distribución para que sea
consumido de una manera eficiente por los sectores productivos y de
servicios. El H2V llego para quedarse.
Conceptualización: N. Hernandez Infografía: Nelson Hernández
Lecciones Aprendidas
33. 33
Académico. Ing. Nelson Hernández (Energista)
Blog: Gerencia y Energía
La Pluma Candente
Twitter: @energia21
Enero 2021
HIDROGENO
Estado del Arte
… Muchas Gracias!