Escalamiento y validación técnico-comercial del desarrollo tecnológico de generadores de hidrógeno utilizados para la combustión dual hidrógeno-hidrocarburos

Dra. Claudia Alicia Cortes Escobedo (CIITEC), Dra. Rosa de Guadalupe González Huerta (ESIQIE), Dr. Juan Manuel Sandoval Pineda (ESIME Azc), Dr. Luis Armando Flores Herrera (ESIME Azc).

Descripción

En México existen iniciativas para cumplir con el compromiso de generación del 35% de energía limpia en el 2024, comparado con el 21% que se produce actualmente. Las energías limpias están definidas en la Ley de la Industria Eléctrica, entre ellas se considera la energía generada por el aprovechamiento del hidrógeno mediante su combustión o su uso en celdas de combustible. Los electrolizadores alcalinos o generadores de hidrógeno (GH2) presentan varias ventajas ya que son modulares, tienen un proceso de manufactura establecido y son económicos respecto a los PEM, pero se requiere mejorar la eficiencia energética, seguridad, durabilidad, así como reducir costos de operación y mantenimiento. Este proyecto se considera transformador y de frontera ya que contribuirá al desarrollo de las tecnologías del hidrógeno en México. La producción del hidrógeno es uno de los pilares de las tecnologías del Hidrógeno y permitirá la introducción más rápida del Hidrógeno como combustible alterno, en una primera etapa como sistema complementario de los combustibles fósiles y en etapas a mediano plazo en el uso de automóviles y autobuses eléctricos con celdas de combustible incluyendo la infraestructura necesaria como lo es una hidrogenera. La propuesta de enriquecimiento y uso del Hidrógeno como combustible tiene varias ventajas, la primera es que se aprovecha la tecnología existente, solo se hacen implementaciones menores para adaptar la alimentación del hidrógeno o Oxihidrógeno (mezcla de gas de 2 volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno). La segunda es que la producción de Hidrógeno es en-sitio, esto facilita su manejo seguro y en condiciones suaves de presión y temperatura (máximo 2 atm y 80 °C). La tercera es que se prescinde de un sistema de almacenamiento de hidrógeno, esto implica que no se requiera un proceso de presurización de Hidrógeno y se evita el uso de tanques especiales de alta presión, pesados y voluminosos. Finalmente el Hidrógeno se produce en el momento que el usuario lo requiere y se puede detener en cualquier momento, ya sea por seguridad o por que el usuario lo requiere. Se ha utilizado la metodología APQP para el desarrollo de los GH2, la cual abarca 5 etapas, las tres primeras se han estado desarrollado en el IPN, consisten en: 1) Planeación, 2) Diseño y desarrollo del producto, 3) Diseño y desarrollo del proceso. Para aplicar y complementar las últimas dos etapas se presenta el presente proyecto que abarcan lo siguiente: 4) Validación del diseño del producto y proceso y 5) producción para la comercialización del producto.

Objetivos

Escalamiento y validación técnico-comercial del desarrollo tecnológico de generadores de hidrógeno utilizados para la combustión dual hidrógeno-hidrocarburos. Validar la funcionalidad, desempeño y estabilidad de los componentes de un generador de hidrógeno a través de ensayos de envejecimiento acelerado y ciclos de carga y descarga electroquímicos para determinar tiempos de vida de electrodos, sellos y membranas, así mismo se determinará la huella ambiental de su producción al realizar un análisis de ciclo de vida Validar el diseño como producto y proceso de caracterización de los generadores de hidrógeno para su comercialización, se obtendrán el consumo energético del generador de hidrógeno así como del sistema completo (que incluye separador de fases y purificación del gas), se obtendrá el desempeño y eficiencia de los generadores de hidrógeno realizar balance de planta como sistema. Evaluar, escalar y validar el desempeño de los dispositivos donde se lleva a cabo la combustión dual, externa e interna, por el uso de gas oxihidrógeno y por hidrógeno generado por electrólisis alcalina, así como establecer el balance de planta del sistema generador de hidrógeno-combustible fósil. Para lo cual se aplicará una metodología para alimentar con el hidrógeno un motor de combustión interna a diésel y sistemas de combustión con gas LP, el hidrógeno se producirá en un electrolizador alcalino. Se analizaran los componentes mecánicos para identificar cualquier daño y se monitorearán los sistemas para identificar un cambio en su desempeño. Identificar y cuantificar el valor comercial de los sistemas de generación de hidrógeno empleados para reducir la contaminación de la combustión de sistemas abiertos y cerrados, para lo cual se realizará una búsqueda y análisis de información primaria y secundaria de mercado, competencia y normatividad, se realizará una búsqueda y análisis del estado de la técnica en propiedad intelectual, se aplicará una metodología de valuación de intangibles y de generación de modelos de negocio. Finalmente se analizará el problema y la oportunidad de negocio de los generadores de hidrógeno identificando un mercado potencial.

Avances

Este es un proyecto multidisciplinario de tres años 2019-2021, se considera que se lleva un avance del 65 %.