Capacidades tecnológicas de Cidaut - Hidrógeno

Hidrógeno

Investigación y desarrollo de tecnologías del hidrógeno

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Producción de hidrógeno
Almacenamiento y transporte
Usos del hidrógeno
Instalaciones de ensayo

Cidaut es pionero en la investigación y desarrollo de tecnologías del hidrógeno en nuestro país. Investigamos y desarrollamos tecnologías para la producción de hidrógeno limpio y su posterior aplicación en el transporte y la edificación. Contamos con instalaciones experimentales, herramientas y modelos teóricos para la investigación en las tecnologías del hidrógeno, biomasa, sistemas de propulsión y biocombustibles…

Producción de hidrógeno

Nuestra completa infraestructura donde se caracterizan y validan dispositivos electroquímicos basados en el empleo de H2, abarcan el ámbito de ensayo desde monoceldas a pilas de combustibles, pasando por stacks:

  • Instalación de generación de hidrógeno in situ mediante electrólisis y almacenamiento de hidrógeno a presión (hasta 55 kg de H2)
  • Emulación de carga eléctrica hasta 250kW
  • Equipo de medida de V, I de alta precisión y elevada frecuencia de muestreo (1-2MHz)
  • Equipos para la realización de ensayos de impedancia compleja de alta potencia (Amplitud de ondulación de corriente 60 Amperios pico-pico) sobre stacks
  • Otros auxiliares de la instalación: líneas de gases para trabajar con mezcla de gases como corriente anódica y catódica; torre de refrigeración de 200kW para disipación térmica, PLC de seguridad y centralita de gases.
  • Diseño termofluidomecánico de componentes (refrigeración, pérdida de carga, durabilidad, equilibrio, reactivos, etc.)
  • Selección de materiales de los diferentes elementos (corrosión, conducción, fabricación, estanqueidad)
  • Selección y desarrollo de métodos de fabricación (estampado, moldeo, electrodeposición, recubrimiento)
  • Desarrollo de equipamiento del balance de planta de los electrolizadores para optimizar las prestaciones en función de la aplicación
  • Desarrollo de estrategias de operación de sistemas de electrólisis.
  • Integración energética en sistemas de electrólisis para la mejora de eficiencia energética.

 

CIDAUT diseña, desarrolla y fabrica sistemas para la producción de hidrógeno a partir de reformado húmedo de sustancias renovables, como biogás o bioalcoholes. Este desarrollo se centra en: 

  • Diseño termofluidomecánico de componentes 
  • Selección de materiales de los diferentes elementos (corrosión, conducción, fabricación, estanqueidad)
  • Selección y desarrollo de métodos de fabricación 
  • Desarrollo de estrategias de operación del sistema de reformado.
  • Integración energética para la mejora de la eficiencia energética del proceso de reformado.

Almacenamiento/Transporte

  • Desarrollo de procesos de síntesis de carriers (Metano, Metanol, NH3), y su posterior transformación y uso en diferentes aplicaciones termoquímicas y electroquímicas: síntesis de Metanol, Metano y NH3 a partir de H2 renovable; transformación total o parcial para obtención de H2;  mezclas de H2, NH3, N2 para uso en pila de combustibles (con requerimientos de pureza más elevados), y en motores de combustión (donde las mezclas H2/NH3 son un combustible muy ventajoso). 
    • Procesos de síntesis catalítica de metanol, metano y NH3
    • Procesos descomposición catalítica metanol y NH3 a H2
    • Validación de tecnologías de separación de H2
    • Integración descomponedores y planta de potencia (MCIA, TG, PEMFC)
    • Combustión de NH3 y mezclas H2/ NH3
    • Seguridad NH3 instalaciones (almacenamiento y uso)
  • Desarrollo de dispositivos de almacenamiento de H2 a presión.

Usos del hidrógeno

CIDAUT desarrolla stacks y pilas de combustible a medida de los requerimientos de utilización previstos. Este desarrollo se centra en:

  • Diseño termofluidomecánico de las placas bipolares (refrigeración, pérdida carga, durabilidad, equilibrio reactivos, etc.)
  • Integración de MEAS para unos requerimientos de operación específica (bajo Pt,resistencia contaminantes, durabilidad, etc.)
  • Selección de materiales de los diferentes elementos (corrosión, conducción, fabricación, estanqueidad)
  • Selección y desarrollo de métodos de fabricación (estampado, moldeo, electrodeposición, recubrimiento)
  • Desarrollo de equipamiento del balance de planta de las pilas de combustible para optimizar las prestaciones en función de la aplicación

Con el objetivo de sustituir sistemas convencionales de generación eléctrica por sistemas eléctricos basados en pila de combustible (tranvías, vehículos turísticos, barcos fluviales, grúas portuarias, cogeneraciones domésticas, etc.), CIDAUT trabaja en las siguientes áreas:

  • Dimensionado ajustado al uso de los elementos a integrar (baterías, pilas de combustible, supercapacitores, convertidores, motores eléctricos).
  • Desarrollo de las estrategias de control (duración, prestaciones)
  • Empaquetamiento e integración de los componentes en espacio disponible
  • Simulación del comportamiento y validación a escala

La descarbonización de la industria pasa por la reducción del uso de combustibles fósiles y la búsqueda de alternativas que no emitan CO2 y otros contaminantes al ambiente. En esta línea se postula el uso de H2 como combustible, así como mezclas de H2 con otros gases como puede ser el gas natural (GN) y el amoníaco (NH3).  La tecnología ofrecida por CIDAUT supone:

  • Evaluación de las propiedades del H2 y las mezclas con GN, NH3 y el grado de sustitución de combustible en función de los requerimientos de la aplicación.
  • Diseño de los sistemas de combustión y modificaciones mediante herramientas de simulación termofluidodinámicas (CFD) y termoquímicas para diferentes grados de mezcla de H2, GN, NH3 y estudio del impacto de la introducción de H2 en instalaciones nuevas o existentes.
  • Evaluación experimental de los diseños de quemadores y validación de los modelos de simulación implementados.
  • Definición de la implantación en equipos térmicos y motores térmicos.
  • Evaluación de riesgos y definición de estrategias de seguridad.

CIDAUT dispone de:

  • Celdas de combustión de distintas escalas.
  • Cámara multiespectral para determinar especies de la combustión (TELOPS IRC-FAST-Multiespectral M350 16 GB).
  • Códigos comerciales y propios de diseño fluidodinámico y termoquímico.

Instalaciones de ensayo

El laboratorio experimental HyCID incluye equipamiento para la investigación y desarrollo de tecnologías del hidrógeno vinculadas tanto a procesos electroquímicos como a procesos termoquímicos.

  • Instalación de generación de hidrógeno in situ mediante electrolizador alcalino para la producción de 8,6 Nm3/h de H2 y sistema de compresión y almacenamiento de hidrógeno a presión de 30-400bar (hasta 55 kg de H2).
  • Líneas instrumentadas de suministro de gases H2, CO2, O2, aire, N2 para diferentes configuraciones de experimentación.

El objetivo de este laboratorio es la realización de ensayos y desarrollos de uso de H2 electroquímico desde una escala de monoceldas, stacks o pilas de combustibles completas con todo su balance de planta. Se trata de instalaciones de pruebas de sistemas energéticos basados en tecnologías del hidrógeno y pilas de combustible. Equipamientos:

  • Emulación de carga eléctrica hasta 250kW
  • Interfaz de pruebas de pilas de combustible AVL PUMA® Fuel CellTesting
  • Equipo para estudios electroquímicos de monocelda y stack de hasta 5 kW
  • Equipo de medición de V-I de alta precisión y alta frecuencia de muestreo (1-2MHz)
  • Equipo para ensayos de impedancia compleja de alta potencia (amplitud de rizado de corriente 60 Amperios pico a pico) en stacks
  • Torre de refrigeración de 200kW para la disipación térmica, PLC de seguridad.

El objetivo de este laboratorio es la realización de ensayos y desarrollos vinculados a procesos termoquímico con H2, como es el uso de H2 como combustible desde un punto de visto térmico, como en el desarrollo de procesos de conversión a carriers (amoniaco y metanol), así como su posterior uso o reconversión a H2. Equipamiento:

  • Caldera combustión de H2 y mezclas de GN+H2 y sistema de intercambio de calor: hogar cilíndrico de 1,5 metros de longitud y 0,5 m de diámetro provista de un revestimiento refractario para soportar las altas temperaturas de combustión interna (hasta 1.800ºC). Incluye cinco grandes ventanas de visualización para análisis de la combustión mediante la cámara termográficamultiespectral.
  • Cámara multiespectral para análisis de combustión: TELOPS IRC-FAST-Multiespectral M350 16 GB. Permite dividir la escena en ocho bandas espectrales en lugar de una única imagen de banda ancha para el análisis de las diferentes especies. Dispone de diferentes filtros para poder analizar la distribución de especies durante el proceso de combustión.
  • Analizador de gases: MicroGCAgilent 990 con dos gases portadores (Ar y He) y cuatro canales para dotarle de un mayor espectro de compuestos de medida tales como CO2, CO, CH₄, hidrocarburos C2-C₄, H2S, NH3, H2, N2, O2, compuestos polares tales como etanol, metanol, acetona y ácido acético. Permite la medida de gases que contienen NH3 y se ha incorporado su cuantificación.