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HIDROGENO Y ENERGIA > PARCIAL II > Flashcards

PARCIAL II Flashcards

(88 cards)

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1
Q

¿Qué tecnologías se consideran de más alta eficiencia en relación al hidrógeno?

A

Las pilas de combustible

Permiten una amplia implementación del uso del hidrógeno en movilidad y cogeneración.

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2
Q

¿Hasta qué porcentaje puede utilizarse el hidrógeno en turbinas convencionales?

A

Hasta un 60%

En turbinas específicas, puede utilizarse hasta el 100%.

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3
Q

¿Cuál es una de las principales ventajas del uso del hidrógeno en procesos industriales?

A

Alcanzar un alto nivel de descarbonización

A través del uso de pilas de combustible y quemadores.

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4
Q

¿Qué dispositivo permite generar electricidad a partir de la energía química del hidrógeno y el oxígeno?

A

Pila de combustible (Fuel Cell)

Funciona sin combustión.

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5
Q

¿Cómo se produce la energía en una pila de combustible?

A

A través de una reacción electroquímica de oxidación del hidrógeno

Con altas eficiencias comparadas a la combustión.

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6
Q

¿Qué se forma cuando las moléculas de hidrógeno reaccionan con los átomos de oxígeno en una pila de combustible?

A

Agua

Es el producto final de la reacción.

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7
Q

¿Qué se libera durante el proceso electroquímico en una pila de combustible?

A

Electrones

Que son utilizados como corriente eléctrica.

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8
Q

¿Qué tipos de sistemas de pilas de combustible existen actualmente en el mercado?

A

Desde sistemas de pocos watts hasta centrales eléctricas que producen MW

Todos basados en la misma tecnología de celda electroquímica.

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9
Q

¿De qué está formada una celda de combustible?

A

Dos electrodos (ánodo y cátodo) separados por un electrolito

Que puede ser sólido o líquido.

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10
Q

¿Cuál es la función del electrolito en una celda de combustible?

A

Permitir el transporte de iones entre los electrodos

Actúa como un aislante electrónico.

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11
Q

¿Qué se utiliza para apilar celdas individuales en pilas de combustible?

A

Placas bipolares o interconectores

Que conectan eléctricamente las celdas en serie.

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12
Q

¿Cuáles son algunas de las principales ventajas del uso de pilas de combustible?

A
  • Son silenciosas y seguras
  • Reducen las emisiones de gases de efecto invernadero
  • Tienen alta eficiencia en procesos electroquímicos
  • Son versátiles para producir electricidad o calor

Usando hidrógeno como combustible a baja temperatura, solo se emite agua.

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13
Q

¿Cómo se clasifican las pilas de combustible?

A

Según su temperatura de operación y la naturaleza del ion transportado

En la actualidad, se definen 5 grupos principales.

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14
Q

¿Cuándo fueron desarrolladas las pilas de combustible alcalinas?

A

Inicialmente en los años 50’s

Fueron utilizadas en el programa espacial Apolo.

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15
Q

¿Cuál es el rango de temperatura de operación habitual de las pilas de combustible alcalinas?

A

150 °C - 200 °C

Pueden trabajar entre 65 °C - 250 °C.

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16
Q

¿Qué eficiencia máxima pueden alcanzar las pilas de combustible alcalinas?

A

Hasta el 70%

Dependiendo de las partículas de platino en sus electrodos.

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17
Q

¿Qué son las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM)?

A

Pilas que utilizan un electrolito de polímero

Son conocidas también como pilas poliméricas.

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18
Q

¿Qué permitió la aparición del Nafion™ en 1970 en las pilas de combustible de membrana?

A

Una reducción importante de la cantidad de platino en los electrodos

Facilitó su penetración en el mercado.

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19
Q

¿Qué permitió la aparición del Nafion™ en 1970?

A

Una reducción importante de la cantidad de platino presente en los electrodos

Nafion™ es una membrana utilizada en pilas de combustible que mejora la eficiencia y reduce costos

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20
Q

¿En qué se basan los electrodos actuales de las pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC)?

A

Partículas de platino soportadas en carbono dentro de matrices de base polimérica

Esta estructura es fundamental para la conducción y reacción electroquímica

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21
Q

¿Cuál es la eficiencia típica de las pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC)?

A

Entorno al 50%

Aunque su eficiencia es menor comparada con otras tecnologías, su operatividad a bajas temperaturas es una ventaja

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22
Q

¿Qué rango de temperaturas operan las pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC)?

A

Entre 40-80°C

Esto permite una puesta en marcha más inmediata en aplicaciones de movilidad

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23
Q

Nombra algunos de los principales fabricantes de pilas de combustible PEM.

A
  • Hydrogenics
  • ITMPower
  • Ballard
  • Siemens
  • NEL

Estos fabricantes están a la vanguardia en tecnología de pilas de combustible

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24
Q

¿En qué se basan las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?

A

Óxidos metálicos cerámicos

Esto permite que la pila sea completamente en estado sólido, lo que requiere temperaturas elevadas

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25
¿Cuál es el rango de temperatura de operación de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Entre 500°C y 950°C ## Footnote Estas altas temperaturas contribuyen a su alta eficiencia
26
¿Qué eficiencia pueden alcanzar las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Valores superiores al 70% ## Footnote Esta eficiencia es una de las mayores entre las tecnologías de pilas de combustible
27
¿Qué tipo de materiales se utilizan como catalizadores en las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Materiales cerámicos como las perovskitas y cermets ## Footnote Estos materiales permiten operar sin el uso de platino
28
¿Cuál es el electrolito utilizado en las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Una membrana cerámica de óxido de circonio dopado con ytrio ## Footnote Esta membrana es crucial para la conducción de iones de oxígeno
29
¿Qué eficiencia se puede alcanzar con cogeneración en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Por encima del 80% ## Footnote La cogeneración permite aprovechar el calor excedente para aumentar la eficiencia global
30
¿En qué aplicaciones son ideales las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)?
Uso estacionario, tanto en aplicaciones domésticas como para generación centralizada ## Footnote Esto se debe a su eficiencia y capacidad de operación a altas temperaturas
31
Nombra algunos de los principales fabricantes de pilas de combustible de óxido sólido (SOFC).
* SolidPower * Convion * Hexis * CeresPower * Elcogen * BloomEnergy ## Footnote Estos fabricantes están desarrollando y comercializando tecnologías SOFC
32
¿Qué tipo de electrolito utilizan las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
Una mezcla de carbonatos fundidos fijados a una matriz cerámica inerte de LiAlO2 ## Footnote Este electrolito permite operar a altas temperaturas
33
¿A qué temperatura operan generalmente las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
Entre 600°C y 700°C ## Footnote Estas altas temperaturas contribuyen a su eficiencia
34
¿Qué tipo de electrodos se utilizan en las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
Electrodos basados en níquel ## Footnote Tanto en el ánodo como en el cátodo se utiliza níquel para maximizar la eficiencia
35
¿Qué eficiencia pueden alcanzar las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC) con cogeneración?
Superar el 80% ## Footnote Esto las hace competitivas en aplicaciones de generación de energía
36
¿Cuál es la principal característica de las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
Operar directamente utilizando metano o biogás ## Footnote Esto las hace adecuadas para aplicaciones en plantas de generación a gran escala
37
¿Dónde se instalan habitualmente las pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
En plantas de generación a grandes escalas, del orden de los MW ## Footnote Pueden participar en esquemas de cogeneración e incluso trigeneración
38
¿Quién es el principal distribuidor mundial de pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC)?
Fuel Cell Energy ## Footnote Este distribuidor se especializa en tecnologías de pilas de combustible
39
¿Cuál es el electrolito utilizado en las pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC)?
Ácido fosfórico concentrado fijado en una matriz de carburo de silicio ## Footnote Este tipo de electrolito fue uno de los primeros en comercializarse
40
¿Qué tipo de catalizador se utiliza en los electrodos de las pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC)?
Platino ## Footnote El uso de platino ha hecho que su instalación haya perdido mercado frente a otras tecnologías
41
Nombra algunos de los principales suministradores de pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC).
* Doosan Fuel Cell America * Fuji Electric ## Footnote Estos suministradores son conocidos en el sector de pilas de combustible
42
¿Qué tipo de pila de combustible podría funcionar con metanol puro?
Pila de combustible de metanol directo (DMFC) ## Footnote Esta pila es adecuada para aplicaciones de movilidad
43
¿Qué ventaja se menciona sobre la DMFC en comparación con la PEMFC?
Percepción de mayor seguridad ## Footnote Esto se debe a que utiliza metanol en lugar de hidrógeno puro
44
¿Cuál es la eficiencia típica de las pilas DMFC?
Se reduce del 60 al 40% ## Footnote Esto se debe a la dependencia en electrodos de base platino y membranas electrolíticas
45
¿Qué tipo de electrodos utilizan las pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC)?
Electrodos de difusión de gas (GDE) ## Footnote Esto permite el paso del oxidante para la reacción electroquímica
46
¿Cómo se crea el óxido de zinc en las pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC)?
Mediante iones hidróxido y agua que reaccionan con el zinc en el ánodo ## Footnote Este proceso genera un potencial eléctrico
47
¿Qué permite la conexión de pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC) entre sí?
Obtener la potencia necesaria ## Footnote Esto facilita la escalabilidad de la tecnología
48
¿Qué se utiliza para reprocesar el zincato de potasio en las pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC)?
Electrólisis ## Footnote Este proceso convierte el zincato en gránulos de zinc y oxígeno
49
¿Qué tipo de gránulos se utilizan como combustible en las pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC)?
Gránulos de zinc ## Footnote Estos gránulos se consumen y liberan electrones para impulsar una carga
50
¿Qué proceso se utiliza para reprocesar el zinc a partir de potasio?
La electrólisis ## Footnote Este proceso convierte el zinc en gránulos de zinc y oxígeno.
51
¿Cuál es la eficiencia de un sistema de celda de combustible regenerativa de zinc (ZRFC)?
30 al 50 por ciento ## Footnote Esta eficiencia se refiere a la conversión de energía en el sistema.
52
¿Cuál es la eficiencia de un sistema de celda de combustible regenerativa de hidrógeno?
20 al 40 por ciento ## Footnote Comparado con el sistema de zinc, es menos eficiente.
53
¿Qué tipo de combustibles se pueden utilizar en quemadores de hidrógeno?
Hidrógeno ## Footnote Provee calor en aplicaciones industriales.
54
¿Qué se espera sobre la competitividad del hidrógeno como combustible?
Se espera que aumente a partir del 2030 ## Footnote Esto puede depender de la evolución tecnológica y regulaciones.
55
¿Qué ventaja tienen los quemadores de hidrógeno en comparación con los de gas natural?
No requieren hidrógeno de alta pureza ## Footnote Esto puede facilitar su implementación en diversas aplicaciones.
56
¿Qué es el índice de Wobbe?
Un valor comparativo del poder calorífico de diferentes gases ## Footnote Se utiliza para evaluar la compatibilidad de gases en aplicaciones energéticas.
57
¿Cuál es el valor medio del índice de Wobbe para el hidrógeno?
48 MJ/m3 ## Footnote El gas natural tiene un valor superior a 53 MJ/m3.
58
¿Qué problemas pueden surgir al usar gases fuera del rango aceptado en dispositivos de combustión?
Daños en los dispositivos, combustión incompleta, apagado de la llama o sobrecalentamiento ## Footnote Estos problemas pueden afectar la seguridad y eficiencia del sistema.
59
¿Cómo afecta la velocidad de combustión del hidrógeno a los quemadores?
Es mucho más elevada, lo que requiere un rediseño de los quemadores ## Footnote Esto complica el control del proceso de combustión.
60
Enumera las principales diferencias entre el gas natural y el hidrógeno que afectan a los quemadores.
* Velocidad de combustión muy alta * Llama no luminosa * Transferencia de calor por radiación baja * Corrosión y fragilidad por contacto con ciertos metales * Manejo requiere medidas de seguridad por propiedades explosivas ## Footnote Estas diferencias son cruciales para el diseño y operación de quemadores.
61
¿Qué tipo de quemadores están apareciendo en el mercado para solventar inconvenientes de los quemadores de hidrógeno?
Quemadores catalíticos alimentados por gas hidrógeno ## Footnote Estos quemadores ofrecen ventajas en la emisión de contaminantes.
62
¿Cómo funciona un quemador catalítico de hidrógeno?
El gas pasa por un catalizador metálico que reacciona para producir calor y agua caliente ## Footnote Esto puede ocurrir sin llama, lo que mejora la seguridad.
63
¿Qué ventajas ofrecen los quemadores catalíticos en comparación con los de llama?
Emiten poca cantidad de óxidos nitrosos y el calor es más fácil de controlar ## Footnote Esto puede reducir el impacto ambiental y mejorar la eficiencia.
64
¿Qué dispositivos están surgiendo para producir calor industrial?
Dispositivos que permiten operar en plantas químicas para calentar agua a presión ## Footnote Estos dispositivos pueden manejar cargas significativas, como 1.500 kW a 25 bar.
65
¿Cómo evitan los quemadores de hidrógeno que el hidrógeno y el oxígeno se mezclen completamente?
Ambos gases fluyen uno al lado del otro y se encienden sin mezclarse completamente ## Footnote Esto conduce a una combustión más controlada y una temperatura de llama más baja.
66
¿Qué ocurre si el hidrógeno y el oxígeno están completamente mezclados al encenderse?
La mezcla arde violentamente con una temperatura de llama demasiado alta ## Footnote Esto puede ser peligroso y causar daños en el equipo.
67
¿Cómo se suministra el hidrógeno a los quemadores para mantener un nivel óptimo?
A través de pequeños orificios en los dispositivos de los quemadores ## Footnote Esto permite un suministro controlado y gradual del hidrógeno.
68
¿Qué tipo de combustión presentan los quemadores de hidrógeno?
Combustión más lenta y una temperatura de llama más baja.
69
¿Cuál es el porcentaje óptimo de hidrógeno en la combustión principal de los quemadores de hidrógeno?
19%.
70
¿Cuáles son los principales usos de los quemadores de hidrógeno?
* Calentadores de agua domésticos o industriales * Hornos de combustión de gas.
71
¿Qué es una turbina de hidrógeno?
Un motor que convierte la energía de un fluido en energía mecánica o eléctrica.
72
¿Cuál es la principal aplicación de las turbinas de hidrógeno?
Centrales donde se genera energía eléctrica para equilibrar la demanda y disponibilidad de energía.
73
¿Qué significa el término 'generación despachable'?
Centrales donde se puede utilizar a demanda para generar electricidad en el momento que se precisa.
74
¿Cuáles son las centrales que ofrecen mayor velocidad de respuesta a la variación de demanda?
* Centrales hidroeléctricas * Centrales de gas natural de ciclo combinado.
75
¿Qué ejemplos de centrales son consideradas no-despachables?
* Centrales nucleares * Centrales fotovoltaicas * Centrales eólicas.
76
¿Qué tecnologías son necesarias para la regulación de la red?
Centrales hidroeléctricas y de gas natural de ciclo combinado.
77
¿Por qué es importante adaptar las turbinas de gas para el uso de hidrógeno?
Para utilizar nuevos combustibles bajos o libres de carbono en un contexto de energía libre de carbono.
78
¿Qué pueden proporcionar las turbinas de gas que funcionan con hidrógeno?
Estabilidad necesaria a la red y generar menos emisiones de CO2.
79
¿Qué porcentaje de hidrógeno pueden admitir actualmente las turbinas de gas?
Desde un 2% al 60% en volumen, dependiendo del fabricante.
80
¿Qué acuerdo firmaron los miembros de la asociación EUTurbines en enero de 2019?
Aumentar gradualmente la capacidad de H2 en turbinas de gas al menos un 20% para 2020 y un 100% para 2030.
81
¿Qué porcentaje máximo de hidrógeno permiten las turbinas de gas fabricadas por Siemens?
* 2% al 60% para sistemas secos de baja emisión (DLE) * Hasta el 100% de hidrógeno para sistemas húmedos de baja emisión (WLE).
82
¿Qué efecto tienen las emisiones de dióxido de carbono al usar 100% de hidrógeno en una turbina de gas?
Se consideran nulas.
83
¿Cómo se puede medir el porcentaje de hidrógeno en el combustible?
En base al volumen, masa o entrada de calor.
84
¿Qué diferencia existe en los flujos requeridos de hidrógeno en comparación con el gas natural?
Diferencia en la densidad de energía del hidrógeno y del gas natural en términos de masa y volumen.
85
¿Cuánto más combustible se requiere, en volumen, para dispositivos a hidrógeno en comparación con los de metano?
3 veces más.
86
¿Qué se produce como parte del producto de la combustión al quemar un combustible que contiene hidrógeno?
Agua.
87
¿Qué almacena el vapor de agua producido durante la combustión?
Una pequeña fracción de la energía liberada como calor latente de vaporización.
88
¿Es posible recuperar energía condensando vapor de agua en algunas aplicaciones?
Sí.

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