Transcript HIDROGENO

HIDROGENO
PRESENTADO POR:
FABIO ANDRES RAMOS
CAROLINA CONDE
ERIKA YOHANA ORTIZ
DESCRIPCION
•
Elemento mas ligero
•
Condiciones normales H2 (gas
diatomico)
•
Inflamable, incoloro, inodoro,
no metálico e insoluble en el
agua.
•
Constituye aprox. el 75% de la
materia visible del universo
Historia
•
En 1671, Robert Boyle redescubrió y describió la reacción
que se producía entre limaduras de hierro y ácidos
diluidos, o que resulta en la producción de gas hidrógeno.
•
En 1766 el británico Henry Cavendish demostró que el
hidrógeno se formaba en la reacción del ácido sulfúrico con
los metales.
•
Más tarde el mismo Henry Cavendish descubrió que el
hidrógeno era un elemento independiente que se
combinaba con el oxígeno para formar agua.
•
En 1781 el británico Joseph Priestley, tras varios estudios
descubrió las características del hidrógeno y por lo tanto lo
llamó ‘aire inflamable’.
•
Finalmente el químico francés Antoine Laurent de
Lavoisier le dio el nombre de hidrógeno.
Di hidrógeno
•
El Di hidrogeno es una molécula diatónica, la cual se encuentra
conformada por dos átomos de Hidrógeno.
•
Su obtención radica fundamentalmente por la reacción entre ácidos y
metales, o por la electrolisis del agua (separación del Di hidrogeno y
el Oxigeno por medio eléctrico).
•
Fue formalmente descubierto por Henry Cavendish en 1766, quien
buscaba unir el Mercurio con ácidos, además fue la primera persona
en describir algunas de sus principales propiedades.
Combustión
•
En estado gaseoso el Hidrogeno es muy inflamable y arde
fácilmente y en bajas concentraciones en el aire.
•
Al mezclarse en grandes proporciones con el Oxigeno, El
Hidrogeno explota liberando gran cantidad de energía.
•
El Hidrogeno cuenta con la capacidad de explotar a temperatura
ambiente cuando se fusiona con Cloro y Flúor.
•
Las llamas alimentadas por Hidrogeno suelen ser menos
dañinas al ambiente y al ser humano que las llamas
provenientes de hidrocarburos.
•
Es de mayor eficiencia debido a que las propiedades del
Hidrogeno proporcionan un mayor rango de inflamabilidad con
el que se obtiene una combustión mas completa y a una
temperatura mas regulada. (Combustión Interna)
•
La combustión es por mucho mas silenciosa y los niveles de
emisión de gases tóxicos son bastante bajos. (En el caso de las
pilas de combustible las emisiones tienden a cero)
Pilas de Combustible
•
Es un dispositivo electroquímico muy similar a una batería,
sin embargo se diferencia porque esta diseñada para
restablecer de manera continua los reactivos que se
consumen con el uso. Esto se traduce a la producción de
energía por medio de oxigeno y una fuente externa,
disminuyendo la limitante de almacenamiento de energía
que caracteriza a las baterías. t
•
Las pilas de combustible funcionan fundamentalmente con
Hidrogeno, Oxigeno. Siendo el Hidrogeno dispuesto al lado
del ánodo y el Oxigeno dispuesto al lado del cátodo.
•
Mientras se mantenga el flujo de Oxigeno e Hidrogeno, la
operación de la pila de combustible es continua.
•
Son muy eficientes, y sus emisiones tienden a cero.
Funcionamiento
•
Las pilas de combustible funcionan gracias al uso de una
membrana de intercambio de protones, la cual se encuentra
separando el ánodo del cátodo y a su vez el Hidrogeno del
Oxigeno.
•
Cuando el Hidrogeno entra al sistema sufre una disociación
en protones y electrones, los protones son conducidos al
catado por medio de la membrana intercambiadora y los
electrones se disponen a viajar por un circuito externo
produciendo energía.
•
Por su lado el Oxigeno reacciona con los electrones (a través
del circuito externo) y con los protones para formar agua.
•
Como resultado de este proceso se crean
únicamente de agua liquida o vapor de agua.
residuos
Aplicaciones
•
Las pilas de combustible se utilizan generalmente como
alimentadores de energía para sitios alejados como naves espaciales,
zonas rurales o estaciones meteorológicas.
•
También pueden ser utilizadas para generar calor y electricidad
simultáneamente en viviendas, edificios y oficinas (calentador de
agua). A esto se le denomina cogeneración debido a que mientras se
produce energía se esta calentando aire y agua.
•
Otros de los posibles usos para las pilas de combustible que aun
continúan en investigación y experimentación son: vehículos
eléctricos, sistemas auxiliares de energía, sistemas de apoyo eléctrico
y plantas de potencia.
Energía del Futuro
•
El hidrógeno responde a una visión de futuro donde
este gas, generado de forma limpia y económica,
serviría para suplir las necesidades energéticas de la
sociedad. Esta propuesta reduciría la dependencia
actual sobre los combustibles fósiles, ya que el
hidrógeno podría ser generado a partir de otras
fuentes primarias como las renovables o la nuclear.
Igualmente se disminuiría la contaminación
atmosférica y la emisión de gases de efecto
invernadero, puesto que el único residuo generado
por una pila de combustible es agua.
Energía del Futuro
Las razones por las que se quiere
desarrollar la energía producida
por hidrógeno:
•
Razones de eficiencia energética.
•
Razones de dependencia
energética.
•
Razones medio ambientales.
PRODUCCION
•
El hidrógeno puede ser producido
por
varias
fuentes,
desde
combustibles fósiles (gas natural o
carbón) o fuentes de energía
renovables (biomasa, solar, eólica,
hidroeléctrica y mareomotriz).
Hay una gran variedad de
procesos tecnológicos que se
pueden utilizar en la producción
de hidrógeno (químico, biológico,
electrolítico,
fotolítico,
termoquímico,
etc.).
Cada
tecnología tiene un grado de
desarrollo diferente, y cada una
ofrece diferentes oportunidades y
beneficios.
•
Muchas tecnologías se pueden
utilizar ya para la producción
industrial de hidrógeno. La
primera tecnología comercial data
de 1920, produciendo hidrógeno
por hidrólisis de agua. En 1960, la
producción
industrial
de
hidrógeno ha ido aumentando
lentamente hacia la utilización de
fuentes fósiles, que es la principal
vía para producir hidrógeno hoy
en día.
Economía de Hidrógeno
•
El hidrogeno al ser un elemento que no se encuentra de forma
aislada de la naturaleza, sino que se encuentra combinado en otros
compuestos se dificulta la tarea de su manipulación y utilización
como una fuente de energía. Pero gracias a la tecnología actual es
posible por medio de métodos como:
•
Gasificación
•
Ciclos termoquímicos
•
Electrólisis
•
Reformado con vapor de agua
Reformado con vapor de agua
Es un proceso endotérmico, necesita que le aporten calor desde un
medio externo. Este procesos se aplica a hidrocarburos, gas natural,
líquidos y alcoholes.
Gasificación
Este proceso se puede realizar por con agua, oxígeno, carbón o biomasa, y se da por la combustión del oxígeno y el
otro compuesto que se utilice en el proceso.
Electrólisis
es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de
electrones por los cationes en el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una
oxidación).
Ciclos termoquímicos
Utilizan el calor producido por las altas temperaturas generadas por la
energía nuclear o
solar concentrada. Además que su uso garantiza bajos costos y no
producen emisiones de gases invernaderos.
Fotoelectrolisis
•
Los sistemas fotovoltaicos unidos a
electrolizadores están comercialmente
disponibles. Los sistemas ofrecen una
mayor flexibilidad, produciendo energía
desde las células fotovoltaicas e
hidrógeno desde el electrolizador. La
fotoelectrolisis directa representa una
alternativa avanzada a la anterior,
uniendo los dos sistemas en un único
aparato
Fotobiologica
Descomposición a alta temperatura
•
•
La ruptura del agua a alta temperatura se produce a unos 3000ºC. A
esta temperatura, un 10% del agua se descompone y el 90% se recicla.
Hay otros procesos sugeridos que rebajan la temperatura:
1. Ciclos termoquímicos
•
2. Sistemas híbridos que unen la descomposición térmica y electrolítica
•
3. Descomposición catalítica directa con separación a través de
membrana de cerámica
•
En estos procesos se puede esperar una eficiencia del 50 %. El problema
es que hay que buscar materiales que tengan resistencia a la corrosión a
altas temperaturas, que los procesos de membrana y de separación son a
altas temperaturas y la necesidad de intercambiadores de calor. El
diseño de y la seguridad son muy importantes en estos procesos.
Ruptura termoquímica del agua
•
La ruptura termoquímica del agua
es la conversión de agua en
hidrógeno y oxígeno a través de una
serie de reacciones químicas
controladas. Estos ciclos son
conocidos desde hace 35 años. Ha
sido extensamente estudiado en los
años 70 y 80, pero ha tenido poco
interés en los últimos diez años.
•
Estos ciclos tienen un bajo coste y
un alto rendimiento y están siendo
desarrolladas comercialmente.
HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA
•
La gasificación de la biomasa es un área que se encuentra entre la
producción de hidrógeno y la obtención de biocombustibles. La
gasificación y la pirólisis están consideradas como las tecnologías
más prometedoras para la comercialización de la producción de
hidrógeno a partir de biomasa a medio plazo.
•
Las reservas de biomasa son productos no refinados con una
calidad inconsistente y con un pobre control de calidad. Los
métodos de producción varían según el tipo, localización o
variaciones climáticas. Los combustibles inadecuados han
contribuido a las dificultades en el desarrollo tecnológico, como
tener poca homogeneidad y baja calidad, ya que se necesita un
sistema de conversión más sofisticado. Hay una necesidad de
preparar el combustible para que tenga una mayor calidad y
consistencia. Los sistemas a gran escala pueden utilizar
combustibles más baratos y de peor calidad, mientras que los
sistemas más pequeños necesitan un mejor combustible.
•
Se necesita varios estudios para mejorar la economía de los procesos de producción y la forma de obtener la biomasa:
•
Preparación de la alimentación e identificar las características de las fuentes que permitirá la tecnología a estudiar.
•
Gasificación de la biomasa: esto no es específico para el hidrógeno pero sirve para la biomasa en general y las energías
renovables.
•
manejo del gas sin refinar y limpieza
•
Se puede investigar la relación entre la escala de producción y la calidad de del combustible.
Plantas de Hidrógeno
•
El hidrógeno se produce gracias a un proceso químico de
transformación de moléculas de hidrocarburos (nafta o gas natural)
con vapor, o a través de la gasificación de residuos pesados de
hidrocarburos.
Plantas de Hidrógeno
•
Entre otras aplicaciones, el hidrógeno se utiliza en las refinerías para
desulfurar combustibles e hidrocarburos pesados, es decir, para
eliminar el azufre que existe en el petróleo, a fin de producir
combustibles menos contaminantes, a través de un proceso que
recibe el nombre de desulfuración. El hidrógeno proporcionado por
Air Liquide a las refinerías de todo el mundo evita anualmente la
emisión de aproximadamente 780 mil toneladas de óxidos de azufre a
la atmósfera.
Plantas de Hidrógeno
•
Sotavento Galicia, S.A, empresa española generadora de energía a
base de hidrógeno.
Plantas de Hidrógeno
•
Avances en plantas productoras de hidrógeno a partir de energía
solar.
Vehículos de Hidrógeno
Video:
http://www.youtube.com/watch?v=7rWD_KlEWVA
Vehículo Impulsado por
Hidrógeno.
•
Los vehículos impulsados por hidrógeno utilizan el
di hidrógeno como fuente primaria de energía,
existen dos métodos para ello:
•
Por Combustión: El hidrogeno se quema dentro de
un motor de explosión, de la misma manera que lo
hace
la
gasolina.
(Motor
de
Combustión
Interna//Chispa)
•
Por Pilas de Combustible: A través de la oxidación
del hidrogeno, los electrones que se pierden se van
convirtiendo
en
corriente
eléctrica,
su
funcionamiento es muy similar al de una batería.
•
Estos vehículos son considerados como vehículos de
cero emisión, debido a que el único subproducto del
hidrogeno consumido es el agua, la cual puede
utilizarse posteriormente para mover una micro
turbina, dando paso a la experimentación de los
vehículos impulsados por vapor.
Casas Alimentadas por
Hidrógeno
•
Las casas que obtienen su energía a través del hidrogeno por medio de
celdas de combustible, han sido producidas desde 2004 en Reino Unido
como producto de investigación de la Universidad de Birmingham y el
Black Country Housing Group.
•
Sin embargo fue hasta 2008 cuando se conecto la primera casa
alimentada por Hidrogeno a la red convencional de electricidad nacional
de Reino Unido, lo que permite a la casa donar los excesos de energía a
la red nacional.
•
El sistema eléctrico funciona por medio de una pila de combustible del
tamaño de una nevera, la cual se alimenta por medio de Hidrogeno
obtenido del gas natural utilizado para calentar el agua y cocinar. Tras
producirse el Hidrogeno, se le es mezclado con Oxigeno para
posteriormente alimentar la casa por medio de combustión.
•
La casa produce 1,5Kw de energía eléctrica y 3Kw de calor
Motores de Hidrogeno
•
Los motores de Hidrogeno se clasifican fundamentalmente por el
funcionamiento del sistema como tal, así tenemos motores basados
en celdas de combustible y motores de combustión interna.
Motores de Combustión Interna
•
Son los mas utilizados en el mercado por su bajo costo.
•
El Hidrogeno se puede quemar en concentración desde el
4% hasta el 70%, situación que se traduce en una alta
eficiencia de combustión.
•
El uso de Hidrogeno extiende la vida útil del motor y
reduce el mantenimiento debido a que no se acumula
carbón en la cámara de combustión, ni en las bujías y los
gases que se producen son mu limpios lo que minimiza la
necesidad de cambios de aceite.
•
Las emisiones de gases contaminantes son relativamente
muy bajas y su toxicidad es mínima en comparación con
los motores convencionales.
Motores Eléctrico con Celda de
Combustible.
•
Estos motores son considerados de poca fiabilidad,
debido a que son tecnologías que aun se
encuentran en desarrollo.
•
Toyota es una de las empresas pioneras en la
utilización y desarrollo de estos motores, fueron
los primeros en perfeccionar el rendimiento y
eficiencia de las celdas de combustible.
•
Como resultado de la investigación, Toyota lanza
al mercado el FCHV-adv, el cual mejoro el
rendimiento de combustible en un 25%, además
de ello permitió mejorar el arranque del vehículo
a bajas temperaturas y los sistemas de frenado y
la optimización del sistema auxiliar.
Obstáculos a Superarse.
•
Infraestructura de Producción, Transporte y Almacenamiento.
•
Problemas de la Combustión.
•
Producción Masiva.
•
Seguridad y Aceptación Social.
HydroForce de Colombia
•
Se trata de un fotocatalizador en
polvo que facilita y abarata el
proceso de producción de
hidrógeno, al permitir su
producción a temperatura y
presión ambiente. Básicamente el
fotocatalizador sólido se introduce
en un recipiente con etanol y se le
aplica luz ultravioleta. El dióxido
de titanio del catalizador
reacciona con la luz generando
electrones que son capturados por
nanopartículas metálicas de oro.
Estas nanopartículas a su vez
reaccionan con el alcohol presente
en la mezcla liberando el
hidrógeno.
Efectos del Hidrógeno sobre la salud
•
Efectos de la exposición al hidrógeno:
•
- Fuego: Extremadamente inflamable. Muchas reacciones pueden
causar fuego o explosión.
•
- Explosión: La mezcla del gas con el aire es explosiva. Vías de
exposición: La sustancia puede ser absorbida por el cuerpo por
inhalación.
•
- Inhalación: Altas concentraciones de este gas pueden causar un
ambiente deficiente de oxígeno. Los individuos que respiran esta
atmósfera pueden experimentar síntomas que incluyen dolores de
cabeza, pitidos en los oídos, mareos, somnolencia, inconsciencia,
náuseas, vómitos y depresión de todos los sentidos.
•
La piel de una víctima puede presentar una coloración azul. Bajo
algunas circunstancias se puede producir la muerte. No se supone
que el hidrógeno cause mutagénesis, embriotoxicidad,
teratogenicidad o toxicidad reproductiva. Las enfermedades
respiratorias pre-existentes pueden ser agravadas por la
sobreexposición al hidrógeno. Riesgo de inhalación: Si se
producen pérdidas en su contenedor, se alcanza rápidamente una
concentración peligrosa.
•
Peligros físicos: El gas se mezcla bien
con el aire, se forman fácilmente
mezclas explosivas. El gas es más
ligero que el aire.
•
Peligros químicos: El calentamiento
puede provocar combustión violenta o
explosión. Reacciona violentamente
con el aire, oxígeno, halógenos y
oxidantes fuertes provocando riesgo
de
incendio
y
explosión.
Los
catalizadores metálicos, tales como
platino
y
níquel,
aumentan
enormemente
estas
reacciones.
¿Qué es lo que van a quemar en lugar de carbón? Agua,
respondió Pencroft. El agua, descompuesta en sus elementos
por la electricidad. Sí, amigos míos, creo que algún día se
empleará el agua como combustible, que el hidrógeno y el
oxígeno de los que está formada, usados por separado o de
forma conjunta, proporcionarán una fuente inagotable de luz y
calor.
El agua será el carbón del futuro.
Julio Verne
“La isla misteriosa” (1874)
Bibliografía
•
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_del_futuro#Hidr.C3.B3geno
•
http://www.ambiente.gov.ar/?idarticulo=1269
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http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish05/sum05/p34_47.pdf
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http://www.sotaventogalicia.com/es/area-tecnica/instalaciones-renovables/planta-de-hidrogeno
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http://www.ison21.es/2012/10/23/avances-en-las-plantas-de-produccion-de-hidrogeno-a-partir-de-energiasolar/
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http://www.monografias.com/trabajos34/hidrogeno/hidrogeno.shtml
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http://www.asemfo.org/empresas/aecientificos/documentos/LAECONOMIADELHIDROGENO.pdf
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file:///Users/elianaconde/Downloads/el_hidrogeno_y_la_energia.pdf
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http://www.slideshare.net/wirifigi/mtodos-de-obtencin-del-hidrgeno
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http://www.es.airliquide.com/es/oferta-air-liquide/hydrogen-energy/como-funciona-1/produccion-dehidrogeno.html#.U3AlsK15OTo
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Videos: http://www.youtube.com/watch?v=k35hkhvA1jk ; http://www.youtube.com/watch?v=jq4Bh3lqIHs
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Bibliografía.
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http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2008/11/06/10599
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http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2010/12/09/13104
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http://europa.eu/legislation_summaries/internal_market/single_market_f
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United States Department of Energy FY2005 Progress Report. IV.E.6
Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant
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http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress05/iv_e_6_smith.pdf