Estado del arte de sistemas de compresión de hidrógeno a alta presión

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de la Energía Estado del Arte de Sistemas de Compresión de Hidrógeno a Alta Presión Autor: Emilio Maillo García Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Lucena Dep. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 iii Trabajo Fin de Grado Ingeniería de la Energía Estado del Arte de Sistemas de Compresión de Hidrógeno a Alta Presión Autor: Emilio Maillo García Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Profesor Contratado Doctor Dep. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 v Trabajo Fin de Grado: Estado del Arte de Sistemas de Compresión de Hidrógeno a Alta Presión Autor: Emilio Maillo García Tutor: Francisco Javier Pino Lucena El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2015 El Secretario del Tribunal vii A toda persona de la que alguna vez aprendí ix Agradecimientos Todo lo reflejado en este documento se debe mayoritariamente al conocimiento adquirido en estos cuatro años de enseñanza universitaria, por ello estoy enormemente agradecido a todas las personas que directa o indirectamente han sido partícipes de esta formación; al personal docente en primer lugar, ya que de ellos ha dependido directamente la formación que he recibido, a mis compañeros en segundo lugar, por ser ellos quienes me han estado apoyando y haciendo más fácil superar estos cuatro años, y por supuesto también al personal de administración y servicios por su trabajo diario para que todo esto sea posible. Por supuesto agradecer también a toda mi familia, amigos y círculos más cercanos, a los que están y los que se fueron, por hacer de mí quien soy. Figura 4-8 Esquema del compresor de KajiTech modelo HyKom400 Página 39 Figura 4-9 Tabla de especificaciones modelo HyKom400 (KajiTech) Página 39 Figura 4-10 Compresor KajiTech modelo integrado Página 40 Figura 4-11 Tabla de especificaciones KajiTech modelo integrado Página 41 Figura 4-12 Oferta de compresores Toyokoatsu Página 42 Figura 4-13 Compresor modelo C12-40-7000LX (Hydropac) Página 43 Figura 4-14 Tabla resumen de características de los modelos preseleccionados Página 44 Figura 5-1 Fotografía de compresor de líquido iónico Página 48 Figura5-2 Esquema de un compresor de líquido iónico instalado con el separador Página 48 Figura 5-3 Esquema de compresor electroquímico Página 49 Figura 5-4 Compresor electroquímico Página 50 Figura 5-5 Comparativa de consumos de varios procesos de compresión Página 50 Figura 5-6 Esquema de compresor de hidruros metálicos Página 51 Figura 5-7 Compresor de hidruro de 3 etapas para isótopos de hidrógeno (620 bar) Página 51 xvii Notación PCI Poder Calorífico Inferior  Rendimiento ρ Densidad Nm3 Normal metro cúbico E Energía Eg Energía contenida en una cantidad determinada de gasolina EH Energía contenida en una cantidad determinada de hidrógeno Ee Consumo específico (Energía empleada en mover 1Nm3 de hidrógeno) Et Energía total empleada en llenar completamente un depósito de hidrógeno Vg Volumen específico de la gasolina VH Volumen específico del hidrógeno Vd Volumen total de un depósito de hidrógeno determinado t Tiempo empleado en llenar completamente un depósito de hidrógeno PCId Poder Calorífico Inferior del total del hidrógeno contenido en un depósito C(€) Coste total de la producción y compresión del hidrógeno necesario para rellenar completamente un depósito 1 1 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DEL HIDRÓGENO l objetivo de este primer capítulo es dar unas nociones sobre el hidrógeno y su potencial en el campo de la ingeniería de la energía, describiendo en primer lugar sus propiedades químicas con el fin de mostrar las razones de su interés energético, y en segundo lugar unas pinceladas sobre los principales campos dentro de la tecnología del hidrógeno y su situación actual. 1.1. Acerca de la molécula de hidrógeno El hidrógeno, (en griego origen del agua) es el elemento químico más ligero de la tabla periódica, de número atómico 1 y masa atómica 1,00794 uma. Se presenta por lo general en su forma molecular diatómica H₂ (En adelante la palabra hidrógeno se referirá a dicha forma molecular). El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo, conformando aproximadamente el 75% de la materia de este, no obstante, en la tierra solo se encuentra en ciertas capas de la atmósfera, es decir, no podemos obtener el hidrógeno en estado libre directamente de la naturaleza, por lo que se necesita producir de manera industrial a partir de ciertos compuestos como el gas natural o el agua. Actualmente el hidrógeno se utiliza mayoritariamente con fines no energéticos como pueden ser la producción de amoniaco o la hidrogenación de grasas. Sin embargo, en los últimos años se está contemplando al hidrógeno desde el punto de vista energético. El creciente interés por el hidrógeno como futuro vector energético es consecuencia de sus múltiples propiedades citadas a continuación. E Dejamos de temer lo que comenzamos a entender - Marie Curie - 2 - Su elevado Poder Calorífico Inferior (PCI) 120 MJ/kg lo que representa 2,79 veces el PCI de la gasolina, siendo este de 42,89 MJ/kg. - Ausencia de emisiones contaminantes, siendo el H₂O el único producto de la combustión del H₂ puro. - Posibilidad de obtener directamente energía eléctrica mediante una pila de combustible, sin necesidad de utilizar una máquina térmica, evitando así el rendimiento límite de Carnot. - En caso de fuga, el hidrógeno se disipa rápidamente debido a su baja densidad, disminuyendo así el riesgo de explosión y los posibles daños originados por su combustión accidental. No obstante, existen otras propiedades que dificultan el avance de la tecnología del hidrógeno. - Al ser el elemento más pequeño, se fuga fácilmente a través de ciertos materiales, lo cual conlleva una utilización de materiales específicos para su transporte y almacenamiento. - Se combina con el oxígeno del aire sin necesidad de energía de activación en un amplio rango de concentraciones dando lugar a una reacción de combustión con una cinética muy elevada (Límite de explosión 4% - 75%). - En estado gaseoso es incoloro e inodoro y al producirse la combustión, la llama es invisible a la luz del día, lo que dificulta la detección de fugas. - Su densidad es extremadamente reducida (0,0899 kg/ Nm3 en estado gaseoso y 0,0708 kg/l en estado líquido), esto penaliza la entalpía disponible por unidad de volumen. Siendo ésta menor que la de los combustibles convencionales. - Al tener una densidad tan reducida se necesita un aporte de energía mayor para comprimirlo a altas presiones. 1.2. Conceptos básicos de la tecnología del hidrógeno En esta sección se describen los principios de funcionamiento de los principales métodos de producción y almacenamiento de hidrógeno en la actualidad con el fin de familiarizar al lector con las diferentes ramas de la tecnología del hidrógeno. 1.2.1. Producción Existen diversos métodos de producción de hidrógeno en la actualidad; siendo los más importantes actualmente el reformado por combustibles, la electrolisis y los ciclos termoquímicos, los cuales se describen en esta sección. 1.2.1.1. Reformado por combustibles El proceso de reformado por combustibles se basa en la producción de hidrógeno partir de un hidrocarburo, generalmente metano obtenido del gas natural, aplicándole a éste los siguientes tratamientos: 3  Purificación: para eliminar impurezas contenidas en el gas natural como el cloro y el azufre.  Producción primaria de H₂: a temperaturas altas y con ayuda de catalizadores, el combustible reacciona, generalmente con vapor de agua (steam reforming), dando lugar a CO y H₂  Producción secundaria de H₂: en esta etapa se hace reaccionar el CO producido en la producción primaria con más vapor de agua, produciéndose así CO₂ y H₂.  Purificación del H₂: este proceso consiste en desulfurar la corriente de H₂ producida y oxidar el CO remanente convirtiéndolo así en CO₂ Figura 1-1 Esquema del Reformado por Combustibles Resulta evidente que este proceso de producción carece de interés desde el punto de vista energético, ya que el hidrógeno producido tendrá una entalpía menor que el combustible utilizado, es decir, se pierde energía en el proceso y por tanto sería más provechoso utilizar directamente el combustible. Además, este proceso no elimina la emisión de gases contaminantes ni puede contemplarse en un escenario futuro con escasez de combustibles fósiles. No obstante sigue siendo el proceso de producción más utilizado debido a que la demanda actual de hidrógeno se basa en usos no energéticos. 1.2.1.2. Electrolisis La electrolisis se define como el proceso por el cual el agua se disocia en hidrógeno y oxígeno Este proceso se basa en aplicar al agua una diferencia de potencial de 1,23V, con ayuda de un electrolizador, que se compone básicamente de un ánodo, un cátodo y una membrana que separa ambos. Al aplicar esta diferencia de potencial, el agua se disocia, dando lugar a oxígeno gaseoso en el ánodo, e hidrógeno gaseoso en el cátodo. La electrolisis del agua es un método simple de producir hidrógeno y se presenta como la mejor opción de producir hidrógeno con fines energéticos a medio plazo. 4 Figura 1-2 Esquema de la producción de hidrógeno por electrolisis Cabe resaltar que debido al segundo principio de la termodinámica, la energía empleada en la producción de hidrógeno es necesariamente mayor a la que se podrá extraer del hidrógeno producido, no obstante, el interés de la electrolisis radica en producir la electricidad consumida por el electrolizador a partir de energías renovables. 1.2.1.3. Ciclos termoquímicos Este sistema de producción de hidrógeno relativamente novedoso, basado en la termólisis directa del agua, proceso por el cual el agua se disocia en hidrógeno y oxígeno a temperaturas muy altas (T > 2500K) La manera de conseguir esta temperatura es el diseño de un ciclo termoquímico, generalmente alimentado por energía solar de concentración. 1.2.2. Almacenamiento Se describirán en los apartados de esta subsección los tres principales sistemas de almacenamiento de hidrógeno como son el almacenamiento a presión, almacenamiento líquido y en hidruros metálicos. 1.2.2.1. Almacenamiento a presión Se trata de una tecnología estudiada, madura y de gran interés, que trata de paliar la baja densidad energética por unidad de volumen propia del hidrógeno buscando comprimir el hidrógeno producido a muy altas presiones, de ahí la necesidad de implementar sistemas de compresión de hidrógeno que sean capaces de trabajar a muy altas presiones con un consumo razonable. No obstante este sistema cuenta también con varios inconvenientes, que se indican a continuación: La baja densidad energética por unidad de volumen que continúa teniendo el hidrógeno incluso a presiones superiores a los 700 bar, por lo que todavía se necesitan desarrollar equipos capaces de aumentar aún más la presión, así como materiales capaces de soportar esta presión en su interior. Otro hándicap es el alto coste que supone la compresión al ser el hidrógeno una molécula tan pequeña y ligera, por tanto es necesario desarrollar la tecnología de compresión de hidrógeno con el 5 fin de hacer de este sistema de almacenamiento una tecnología competitiva en el mercado. 1.2.2.2. Almacenamiento líquido Esta tecnología supera el obstáculo de la baja densidad energética del hidrógeno, no obstante el consumo de licuar hidrógeno es muy superior a cualquier otro sistema de almacenamiento, siendo este consumo en energía eléctrica el 33% del PCI del hidrógeno producido; Además las pérdidas térmicas se hacen muy importantes ahora ya que el hidrógeno líquido se encuentra solo a muy bajas temperaturas (-252,76ºC a 1 atm) Se estima que esta tecnología podrá ser competitiva cuando se consiga reducir el consumo por debajo del 20% del PCI Debido a los elevados costes que supone esta tecnología, las aplicaciones se reducen a aquellas que el factor económico no es limitante y no existe otra solución, por ejemplo en propulsión espacial y criogenia. 1.2.2.3. Almacenamiento en hidruros metálicos Este método de almacenamiento utiliza compuestos metálicos que en ciertas condiciones de presión y temperatura presentan la capacidad de combinarse con el hidrógeno en una reacción más o menos reversible y con una cinética limitada. Este tipo de almacenamiento es interesante en aplicaciones donde el peso y el volumen de almacenamiento no sean factores limitantes, es decir, en aplicaciones estacionarias. 1.2.3. Consumo La manera en que se consume el hidrógeno es sin duda de vital importancia en cuanto al desarrollo de su tecnología. En cuanto al consumo energético se refiere, la manera más efectiva de utilizar el hidrógeno es a través de una pila de combustible. El principio de funcionamiento de una pila de combustible se basa en el proceso inverso al electrolizador, es decir, hacer pasar una corriente de hidrógeno por un ánodo y una de oxígeno por un cátodo de tal manera que al combinarse genere una corriente eléctrica. 1.3. Situación actual de la tecnología del hidrógeno La tecnología del hidrógeno se encuentra aún en desarrollo y tiene un largo camino por recorrer, en esta sección se describe hasta donde se han desarrollado hasta hoy las distintas ramas de ésta tecnología y como se espera que esté enfocado su desarrollo en el futuro. 1.3.1. Producción En la actualidad se producen anualmente más de 50 millones de toneladas de hidrógeno en todo el mundo, siendo el 80% de esta producción a partir de reformado de metano, obtenido a partir de la purificación del gas natural. Como ya hemos apuntado anteriormente, este proceso es energéticamente ineficiente y en adición, emite gases de efecto invernadero como el CO₂, no obstante su interés se basa en los usos no energéticos del hidrógeno. 6 No obstante actualmente se está desarrollando el uso energético del hidrógeno, por tanto, se busca desarrollar métodos de producción interesantes desde este punto de vista. Actualmente el único método de producción con fines energéticos que se encuentra en el mercado es la electrólisis, que a pesar de que requiere más energía de la que podría aportar el hidrógeno producido, es la opción más interesante en la actualidad debido a la posibilidad de emplear energías renovables, o excesos de energía para su producción. Otro método de producción interesante es la termólisis a partir de ciclos termoquímicos con energía solar, sin embargo a pesar de existir 115 diseños de ciclos de este tipo, no existe aún ninguna planta piloto que implemente este sistema, no obstante se presenta como una solución interesante a medio-largo plazo. 1.3.2. Almacenamiento En aplicaciones estacionarias que requieren una potencia menor a 30 kW en las cuales el peso no es un factor limitante y en las que el hidrógeno será almacenado solamente durante algunas semanas, un tipo de almacenamiento interesante es el de hidruros metálicos, el cual se considera el método más seguro para almacenar hidrógeno. No obstante presenta una serie de problemas relacionados con el deterioro del nicho metálico, la fragilización y la baja densidad de almacenamiento. En aplicaciones móviles y otras que necesiten una alta densidad de almacenamiento y un peso más reducido se utilizan el almacenamiento gaseoso a presión o el almacenamiento licuado. El almacenamiento licuado necesita temperaturas muy reducidas, cercanas a los 20K y por lo que la cantidad de energía que se requiere en este proceso resulta muy elevada, sin contar por otra parte las enormes pérdidas térmicas derivadas de mantener el hidrógeno almacenado a temperaturas tan bajas lo que aumenta aún más los costes asociados a esta tecnología. Es por esta serie de razones que el almacenamiento licuado no es interesante a nivel de mercado, no obstante al obtener una densidad alta de hidrógeno se suele utilizar en aplicaciones a gran escala que requieren más de 100 MW , en el ámbito aeroespacial entre otros, donde el factor económico no es el más relevante. Es interesante apuntar que se estima que esta tecnología podrá ser competitiva cuando se consiga reducir el consumo de energía del proceso por debajo del 20% del PCI del hidrógeno tratado. En el caso de aplicaciones móviles donde la economía juega un papel importante, por ejemplo en los vehículos eléctricos impulsados por pila de combustible (FCEV por sus siglas en inglés) o para almacenamiento a medio-largo plazo en aplicaciones de hasta 300kW, el almacenamiento gaseoso en recipientes a presión es sin duda el más interesante actualmente. En la actualidad el hidrógeno se envasa en botellas a 700 bar generalmente, consumiéndose en este proceso de compresión de media el 13% del PCI del hidrógeno comprimido, lo cual supone una pérdida muy significativa y hace del proceso de compresión y almacenamiento un cuello de botella que dificulta el desarrollo comercial de los FCEVs. Actualmente se están investigando nuevas formas de almacenamiento de hidrógeno como son las microesferas de vidrio y nanotubos de carbono, aunque aún no se han llegado a utilizar en ninguna aplicación real. 7 1.3.3. Consumo Actualmente el hidrógeno se consume mayoritariamente para fines no energéticos como son: producción de amoniaco, hidrogenación de grasas, aplicaciones criogénicas, etc. Como consecuencia a esto, la producción de hidrógeno predominante es la de reformado por combustibles, quedándose atrás el desarrollo de las tecnologías enfocadas a la producción del hidrógeno con fines energéticos. No obstante, actualmente se le viene dando un enfoque diferente al hidrógeno, con la intención de que en el futuro se utilice para gran parte de las aplicaciones energéticas que conocemos hoy en día, principalmente para el transporte. 1.3.4. Conclusiones Como ya se ha visto, en la actualidad se produce y consume anualmente una gran cantidad de hidrógeno en todo el mundo, no obstante esta economía del hidrógeno no tiene un enfoque energético. Si queremos aspirar a utilizar el hidrógeno como vector energético en el futuro, es necesario comenzar la construcción de una economía energética del hidrógeno, en la cual se rompa la dependencia de los combustibles fósiles para producir hidrógeno, recurriéndose de esta manera a la producción por electrólisis a partir de fuentes de energía renovable o nuclear, y al desarrollo de ciclos termoquímicos para la producción de hidrógeno a través de termólisis. Un claro camino a seguir para desarrollar una gran economía de escala a nivel mundial sería conseguir mejorar la densidad energética del hidrógeno en términos de volumen, consiguiendo así almacenar una mayor cantidad de hidrógeno en un volumen más reducido y con un peso menor y hacer del almacenamiento a presión una tecnología competitiva. La importancia de hacer de los sistemas de compresión y almacenamiento de hidrógeno a presión una tecnología competitiva radica en la implicación que tendría en la reducción del coste de repostaje de un FCEV así como en el aumento de su autonomía, lo cual conllevaría un enorme nicho de demanda de hidrógeno, lo cual ayudaría a aumentar su producción con fines energéticos y a conseguir la buscada economía de escala del hidrógeno. 1.4. Retos actuales de la tecnología del hidrógeno Como ya se ha comentado, la tecnología del hidrógeno se encuentra aún en desarrollo ya que tiene que superar ciertas barreras que hoy en día impiden la implementación de una economía del hidrógeno a escala. 1.4.1. Desarrollar los métodos de producción no convencionales El coste de producción de una unidad energética de hidrógeno sigue siendo aún muy elevado en comparación con las energías convencionales, esto se debe fundamentalmente al hecho de que actualmente el hidrógeno se produce mayoritariamente a partir de combustibles fósiles, por lo tanto, el precio final será más elevado que el de dichos combustibles. En adición a esto, los métodos de producción de hidrógeno extendidos actualmente emiten grandes cantidades de CO₂, por tanto no son compatibles con una economía de hidrógeno de emisiones cero. 14 Esto, aplicado a dos vehículos a los cuales se les supone un mismo rendimiento mecánico y una autonomía similar, el vehículo de hidrógeno consumiría 5 veces menos combustible, en términos de masa, que otro vehículo con motor de gasolina. Sin embargo uno de los conocidos inconvenientes del hidrógeno es su baja densidad (ρH=0,0899 kg/Nm3), con lo cual, en términos de volumen el hidrógeno pierde interés frente a otros combustibles. Si continuamos comparando un vehículo impulsado con hidrógeno con otro impulsado por gasolina, para la misma autonomía, en condiciones normales (T=0ºC, p=1atm) y utilizando los resultados previos, obtenemos lo siguiente: 5,037 kg de gasolina / 680 (kg/m3) = 0,0074 m3 1 kg H2 / (0,0899 kgH2/m3) = 11,12 m35,037 kg de gasolina / 680 (kg/m3) = 0,0074 m3 Por lo tanto la relación de volúmenes sería VH/Vg =1502,7. Lo cual nos indica que, para una misma autonomía, a pesar del elevado poder calorífico del hidrógeno y la posibilidad de un aprovechamiento energético más eficiente, necesitaríamos un depósito 1500 veces mayor al equivalente en términos de gasolina, lo cual hace completamente necesario un almacenamiento a alta presión para aplicaciones móviles. De la misma manera que y tomando una presión de 700 bar, tenemos que ρH=62,93 kg/m3, por tanto 1 kg de hidrógeno ocuparía un volumen de: 1kg H2 / (62,93 kg/m3) = 0,016 m3 Lo cual nos da una nueva relación de volúmenes VH/Vg = 2,16. Teniendo en cuenta un vehículo de gasolina con un depósito de combustible de 50 l, para un coche de hidrógeno con una autonomía similar, necesitaríamos un depósito de 108 l, que a pesar de ser un gran tamaño, comienza a ser viable. De esta manera se observa que el almacenamiento de hidrógeno no es el principal factor limitante de esta tecnología, sino que el mayor obstáculo al que se enfrenta es la gran cantidad de energía que se necesita para llevar el hidrógeno a alta presión. En las secciones siguientes se hablará acerca de los consumos energéticos en los procesos de compresión de hidrógeno comparándose este con un ciclo de compresión de aire. 2.3. Ciclo de compresión. En esta sección se pretende ilustrar tanto física como matemáticamente, el proceso de compresión genérico. Puesto que este documento se desarrolla con base en los sistemas de compresión a altas presiones, nos centraremos a continuación en analizar exclusivamente los procesos de compresión volumétricos, por ser estos los únicos capaces de conseguir las presiones que buscamos. 15 Con el fin de facilitar la explicación, se usará como apoyo a ésta, un compresor tipo pistón convencional, no obstante, todo lo que se exponga es extrapolable a cualquier otra máquina volumétrica. Con ayuda del siguiente diagrama se mostrarán las etapas de un proceso de compresión volumétrico: Figura 2-6 Ciclo de compresión volumétrico Desde el punto de vista del fluido se distinguen cuatro etapas: - Etapa 1-2: El pistón, lleno de gas, comienza a subir con la válvula de escape aún cerrada, aumentando así la presión del fluido de trabajo contenido en su interior. - Etapa 2-3: En el punto 2 se abre la válvula de escape y el gas sale a presión constante hasta que el pistón alcanza su punto muerto superior (PMS) en el punto 3. - Etapa 3-4: El pistón comienza a descender y el volumen de la cámara aumenta a medida que baja la presión de la misma hasta que se abre la válvula de admisión en el punto 4. - Etapa 4-1: El volumen de la cámara sigue aumentando mientras el fluido de trabajo va llenando todo el espacio a presión aproximadamente constante hasta que el émbolo llega al punto muerto inferior (PMI) A continuación se encuentran las ecuaciones que permiten calcular la energía aportada al fluido por el compresor en el supuesto de que dicho proceso se lleve a cabo de manera isentrópica. 𝑊₁₂=𝑃₁𝑉₁ 1 𝛾−1[1−(𝑃₂𝛾−1 𝛾 𝑃₁𝛾−1 𝛾)] 𝑊₂₃=𝑃₂(𝑉₃−𝑉₂) 16 𝑊₃₄=𝑃₃𝑉₃ 1 𝛾−1[1−(𝑃₄𝛾−1 𝛾 𝑃₃𝛾−1 𝛾)] 𝑊₄₁=𝑃₁(𝑉₁−𝑉₄) Para calcular el trabajo total que se aporta al fluido basta con sumar las cuatro etapas 𝑊𝑡=𝑊₁₂+𝑊₂₃+𝑊₃₄+𝑊₄₁ Desarrollando esta expresión llegamos a: 𝑊𝑡=𝑃₁𝑉₁ 𝛾 𝛾−1[(1−𝑟𝛾−1 𝛾)+𝑟𝑉₃ 𝑉₁(1−𝑟1−𝛾 𝛾)] Siendo r la relación de compresión 𝑟=𝑃₂ 𝑃₁; y siendo 𝛾 la relación de calores específicos: 𝛾=𝐶𝑝 𝐶𝑣. Como ya se apuntó previamente, estas ecuaciones hacen referencia a la energía que absorbe el fluido de trabajo. Si queremos conocer el consumo de energía del compresor bastará con dividir esta energía entre el rendimiento global, que dependerá de su diseño y características constructivas principalmente. 2.4. Proceso de compresión del hidrógeno En esta sección se analizará termodinámicamente el proceso de compresión de hidrógeno en un compresor tipo pistón y tomando como referencia el proceso de compresión del aire. Para este análisis, y con el fin de facilitar la comparativa entre ambos fluidos, se supondrá que los gases se comprimen de manera isentrópica. A continuación se muestra una figura que ilustra el proceso de compresión de un gas genérico en un compresor de cuatro tiempos tipo pistón y los cálculos que permiten calcular la energía que aporta el compresor al gas tratado en un ciclo completo. 𝑊𝑡=𝑃₁𝑉₁ 𝛾 𝛾−1[(1−𝑟𝛾−1 𝛾)+𝑟𝑉₃ 𝑉₁(1−𝑟1−𝛾 𝛾)] 17 En esta ecuación se distinguen claramente dos tipos de parámetros: los que dependen exclusivamente del compresor y su régimen de operación (P, V y r), y, por otra parte, 𝛾, que depende del gas de trabajo y las condiciones a las que éste se encuentre. Se asumirá que, tanto en el caso del aire como en el caso del hidrógeno, los parámetros que dependen del tipo de compresor serán idénticos, así como sus rendimientos, los cuales no se incluyen en la ecuación. En el caso de la relación de calores específicos, al ser ambos gases diatómicos, se tiene que la relación de calores específicos de ambas sustancias es muy parecida, siendo γa =1.4018 en el caso del aire y γh=1,4054 para el hidrógeno. Por tanto, para las mismas presiones de entrada y salida, el trabajo aportado por el compresor en cada ciclo será muy parecido en ambos casos. Sin embargo, como ya se ha apuntado, el hidrógeno resulta ser muy poco denso, con lo cual, el gasto másico de hidrógeno que se mueve en cada ciclo de compresión resulta mucho menor que en el caso del aire. Recordamos que la densidad del hidrógeno gaseoso es de ρH=0,0899 kg/ Nm3 mientras que el valor de la densidad del aire es ρA=1.29 kg/Nm3. Por tanto su relación de densidades será ρA/ρH =14.35. Esta relación de densidades se traduce en que para mover la misma cantidad de ambos gases se necesitan unos 14 ciclos en un compresor de hidrógeno por cada ciclo de compresión de aire. Es decir, un compresor de hidrógeno consumiría aproximadamente 14 veces más que otro de aire que trabaje en las mismas condiciones y mueva el mismo gasto. Estos análisis nos dan una idea tanto de la importancia como de la dificultad de comprimir el hidrógeno a altas presiones. Por lo que se manifiesta la imperante necesidad de desarrollar sistemas competitivos capaces de comprimir y almacenar el hidrógeno a las presiones necesarias con un rendimiento global considerablemente más elevado que los convencionales. 18 19 3 DISEÑOS COMERCIALES DE COMPRESORES DE HIDRÓGENO na vez comprendido el ciclo de compresión y las propiedades del hidrógeno que afectan a éste ciclo, se procede a narrar los dos tipos de diseños comerciales que existen actualmente en el mercado, siendo estos el compresor tipo booster y el compresor tipo diafragma metálico. 3.1. Compresor tipo booster Este tipo de compresores se basan en el mismo principio de funcionamiento que los compresores alternativos convencionales en los cuales el movimiento vertical de un pistón produce el flujo y la compresión del gas de trabajo. Figura 3-1 Compresor tipo booster A continuación se muestra el diagrama P-V que apareció en el capítulo anterior, que ilustra las cuatro etapas de un proceso de compresión de un gas genérico en un compresor alternativo, las cuales coinciden con las de los compresores tipo booster. U No basta con tener buen ingenio; lo principal es aplicarlo bien - René Descartes - 20 Figura 3-2 Diagrama P-V de compresión en un compresor tipo booster Por tanto, los cálculos que se mostraron en el capítulo de “Análisis termodinámico” tendrán también validez para este tipo de compresores. No obstante los compresores de hidrógeno guardan ciertas diferencias con los convencionales. En el siguiente párrafo se ilustra detalladamente su principio de funcionamiento. 3.1.1. Principio de funcionamiento Como ya hemos apuntado antes, en los booster, el hidrógeno se comprime mediante la acción de un pistón alternativo al cual denominaremos pistón primario, el cual está conectado a un pistón secundario a través de un eje, este segundo pistón es a su vez impulsado por un fluido comprimido que será aire en el caso de los compresores neumáticos, o un aceite en el caso de los hidráulicos. Este fluido impulsor procede de una estación de compresión independiente y capaz de alimentar a varios equipos simultáneamente. El interés de este tipo de compresores radica en que adecuando la relación de tamaños entre ambos pistones, se puede conseguir multiplicar la relación de compresión del pistón primario sin necesidad de tener una presión tan elevada en el pistón secundario. De manera que el área del pistón primario sea menor que la del secundario. Como la fuerza ejercida por el fluido impulsor se transmite a través del eje hacia el pistón primario, tendremos que el valor absoluto de las fuerzas coincide en ambos pistones, es decir: F₁=F₂ 21 Si se expresan las fuerzas como el producto de la presión por el área de cada pistón, se tiene que: P₁*A₁=P₂*A₂ P₁ /P₂ = A₂/A₁ Se observa que la relación entre las áreas de los émbolos y las presiones de las cámaras guardan una relación inversamente proporcional. En laa figura siguiente muestra un compresor tipo booster sencillo donde se puede observar su funcionamiento y la diferencia de tamaño de ambos émbolos. Azul = Aire comprimido Naranja = Aire de escape y refrigeración Verde = Hidrógeno a comprimir Figura 3-3 Esquema de un compresor tipo booster 3.1.2. Clasificación de los compresores tipo Booster En esta sección se mostrarán los diferentes diseños de compresores de hidrógeno tipo booster que se puede encontrar hoy en día en el mercado. Y posteriormente se hará un análisis de los modelos que resulten más interesantes para repostaje de FCEVs. En el mercado occidental, el fabricante Haskel es el que presenta más variedad de diseños en el campo de los compresores tipo booster y ofrece las soluciones más interesantes hoy en día, es por ello que los diseños que se muestran a continuación son todos extraídos de su catálogo. Como ya se apuntó al principio de la sección, los compresores tipo booster se componen de dos pistones, uno primario, el cual es el encargado de comprimir el gas, y otro pistón secundario el cual es impulsado por otro fluido. Normalmente el pistón primario tiene un área mayor que el secundario, con lo cual se consigue transmitir al hidrógeno una mayor presión de la que tiene el fluido impulsor. A continuación presentamos los diferentes diseños que se encuentran en el catálogo del fabricante Haskel y las diferentes clasificaciones que se le pueden atribuir a estos compresores. 22 3.1.2.1. Según el fluido impulsor Como ya apuntamos previamente los compresores pueden ser hidráulicos si el fluido impulsor es un aceite, o neumáticos si son movidos por aire. Aunque ambos pueden alcanzar presiones similares, el compresor hidráulico será más apto si lo que necesitamos es mover un caudal de gás mayor como ya se verá en capítulos posteriores. A continuación nos centraremos en las clasificaciones desde el enfoque de los distintos modos de compresión del hidrógeno según el diseño del compresor. 3.1.2.2. Según el número de etapas Atendiendo a esta clasificación, los compresores se pueden dividir en monoetapas y bietapas. Se entenderá por monoetapa aquel compresor en el cual cada ciclo completo recorrido por el pistón secundario actúe una sola vez sobre la corriente fluida, elevando su presión, como ilustra la siguiente figura. Figura 3-4 Esquema de compresor booster monoetapa Análogamente, en los bietapas, cada ciclo completo del pistón secundario actuará dos veces en la corriente de hidrógeno, elevando su presión en dos etapas diferentes. La ventaja de los compresores bietapas radica en la posibilidad de reducir las pérdidas térmicas al trabajar a altas presiones, introduciendo refrigeración entre ambas etapas. En el caso de los compresores tipo booster, se reducen también las pérdidas mecánicas al utilizar solamente un pistón secundario para las dos etapas. En este caso, el hidrógeno puede atravesar las dos etapas de diferente manera: una de las maneras sería con un único pistón primario, aprovechando las dos carreras por ciclo de éste (Figura 3-5). O bien, a través de dos pistones primarios con distinta sección (Figura 3-6). 23 Figura 3-5 Compresor bietapa con un único pistón primario Figura 3-6 Compresor bietapa con dos pistones primarios 3.1.2.3. Según el número de efectos Se entiende por efecto la cantidad de flujos que se impulsan por cada ciclo completo que recorre el émbolo secundario De esta forma se pueden distinguir los compresores de simple efecto, capaces de mover un solo flujo, y los de doble efecto, capaces de mover dos flujos en paralelo y por tanto un caudal mayor. El interés de mover dos flujos en paralelo radica en aprovechar una carrera de pistón para multiplicar el caudal de gas impulsado por cada ciclo. De la misma manera que los bietapas, los compresores de doble efecto pueden actuar con uno o dos pistones, según muestran las figuras siguientes 30 Figura 4-2 Catálogo Haskel. Compresores neumáticos serie 8” En esta serie no existe ningún equipo que alcance presiones de trabajo superiores a 700 bar por lo que ninguno sería adecuado para alimentar el dispensador de una hidrogenera, además, al igual que ocurría en la serie 5.75”, estos compresores tampoco pueden suministrar un caudal suficiente para rellenar un depósito en un tiempo razonable. Se pasará entonces a analizar los modelos hidráulicos sin preseleccionar ningún modelo tipo neumático. 4.2.1.2. Compresores hidráulicos La principal característica de este tipo de compresores que los hacen más interesantes que los neumáticos es sin duda el caudal nominal de éstos, siendo incluso órdenes de magnitud superior que en el caso de los compresores impulsados por aire. A continuación se preseleccionarán varios modelos según su presión y caudal, y se calculará el tiempo de repostaje tal y como se indicó en la primera sección del capítulo. 31 Figura 4-3 Catálogo Haskel. Compresores hidráulicos Se tendrán en cuenta exclusivamente los modelos que suministran 13500 psig por ser los únicos que superan los 700 bar. De esta manera, se han preseleccionado los siguientes modelos:  100HGD6-50  120HGD10-85  100HGT6-115/50  100HGT6-85/50  120HGT10-165/50  120HGT10-85/50 32 De estos modelos, se descartarán aquellos que suministren un caudal volumétrico por debajo de los 160Nm3/h (100SCFM). En consecuencia, se analizarán solamente los modelos que se muestran en la siguiente tabla. Figura 4-4 Catálogo Haskel. Compresores hidráulicos de elevado caudal Se estudiarán ahora los tiempos de llenado de cada modelo. Se muestra de nuevo la ecuación a utilizar. 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗ 60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 𝑄 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀] Siendo 67.2 Nm3 el volumen de un depósito de 6 kg de hidrógeno, y Q el caudal máximo en SCFM suministrado por el equipo.  Modelo 100HGD6-50 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 129.4 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀]=19,4 𝑚𝑖𝑛  Modelo 100 HGD10-50 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 106.9 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀]= 23,5 min Aunque estos tiempos de espera no difieren demasiado, si observamos el consumo de ambos equipos cuando operan dando el máximo caudal se observa que este si es notablemente menor en el modelo 100HGD6-50 Mientras que el primer modelo consume unos 20.3 kW, el modelo 120HGD10-50 absorbería 35.81 kW, por lo que utilizando el modelo 100HGD6-50 se conseguiría un ahorro del 43.3%, además de conseguir un tiempo de repostaje 4 minutos más rápido. Si bien es cierto que este ahorro es en parte consecuencia de que este modelo trabaja en el régimen estudiado a una presión inferior, no obstante, este factor no supone problema alguno ya que la presión de trabajo sería de 827 bar, muy superior a los 700 bar requeridos por el depósito. En consecuencia a todo lo expuesto, del catálogo Haskel, seleccionamos para nuestra aplicación únicamente el compresor hidráulico modelo 100HGD6-50. 33 Resulta también interesante estudiar el consumo específico del compresor, es decir, la energía empleada en impulsar cada Nm3 de hidrógeno. Calculándose esta energía con la siguiente ecuación: 𝐸𝑒 ( 𝑘𝐽 𝑁𝑚3)= 𝑃𝑎(𝑘𝑊)∗3600𝑠 𝑄 (𝑁𝑚3 ℎ) Tomando estos datos del catálogo tenemos que: 𝑃𝑎=20,3 𝑘𝑊 𝑄=207.69𝑁𝑚3 ℎ 𝐸𝑒=20,3 𝑘𝑊∗3600𝑠 207.69 𝑁𝑚3/ℎ =352 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3) Este dato será útil para comparar posteriormente compresores de diferentes tipos y fabricantes. 4.2.2 PDC Machines Este fabricante oferta exclusivamente compresores tipo diafragma, como el mostrado en la imagen de abajo y, aunque su catálogo es bastante más reducido que el de otros fabricantes, está más enfocado al repostaje de FCEV y por tanto sus modelos son capaces de mover gran cantidad de flujo a altas presiones. No obstante un importante inconveniente de su catálogo es la reducida información que ofrecen de cada modelo, y por tanto el análisis se encontrará más limitado. Figura 4-5 Compresor tipo diafragma. PDC Machines 34 A continuación se muestra una tabla que recoge todos los modelos de compresores de hidrógeno que oferta el fabricante PDC Machines Figura 4-6 Catálogo PDC Machines Se observa que, para compresión de hidrógeno, todos los compresores alcanzan los 1000 barg, con lo cual, en este catálogo los únicos parámetros discriminantes serán los consumos y tiempos de llenado a partir de datos del caudal. Se procede ahora a calcular los tiempos de llenado de los modelos con un caudal superior a los 100 Nm3/h, con el objetivo de estudiar compresores con desempeños similares a los de la subsección anterior.  Modelo PDC-4 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 160 (𝑁𝑚3/ℎ)= 25,2 𝑚𝑖𝑛  Modelo PDC-4(150) 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 241 (𝑁𝑚3/ℎ)= 16,7 𝑚𝑖𝑛  Modelo PDC-5 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 563 (𝑁𝑚3/ℎ)= 7,16 𝑚𝑖𝑛  Modelo PDC-13(100) 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 1865 (𝑁𝑚3/ℎ)= 2,16 𝑚𝑖𝑛 35 En este tipo de compresores destacan los reducidos tiempos de llenado que se consiguen en comparación con los que se observan en los compresores tipo booster. A continuación compararemos los consumos específicos de los modelos preseleccionados:  Modelo PDC-4 𝐸𝑒=22 𝑘𝑊∗3600𝑠 160 (𝑁𝑚3/ℎ) =495 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)  Modelo PDC-4(150) 𝐸𝑒=30 𝑘𝑊∗3600𝑠 241 (𝑁𝑚3/ℎ) =448 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)  Modelo PDC-5 𝐸𝑒=55 𝑘𝑊∗3600𝑠 563 (𝑁𝑚3/ℎ) =352 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)  Modelo PDC-13(1000) 𝐸𝑒=175 𝑘𝑊∗3600𝑠 1865 (𝑁𝑚3/ℎ) =338 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3) Se observa un descenso muy notable del consumo específico a medida que aumentan los flujos. Lo cual hace destacar sobre el resto al modelo PDC-13(100), ya que este no solo tendrá un tiempo de llenado mucho menor, sino que tendrá un menor consumo final. 4.2.3. Kajitech Este fabricante no publica ningún catálogo, si no que muestra sus modelos directamente en su página web. Para compresión de hidrógeno, solo dispone de cuatro modelos diferentes, dentro de los cuales estudiaremos los dos únicos que alcanzan una presión superior a 700 bar, los cuales se muestran a continuación:  Modelo VT5-110GH-OL (HyKom400) Se trata de un modelo de compresor alternativo tipo booster de cinco etapas y diseñado específicamente para tratar hidrógeno. A continuación se puede ver tanto una fotografía de un 36 compresor real con todos los equipos auxiliares instalados y un esquema en perspectiva de sus partes. Figura 4-7 Compresor KajiTech modelo HyKom400 Figura 4-8 Esquema del compresor de KajiTech modelo HyKom400 Este modelo destaca dentro del campo de los compresores tipo booster por la gran cantidad de caudal que es capaz de mover, como se puede observar en la tabla de especificaciones siguiente: 37 Figura 4-9 Tabla de especificaciones modelo HyKom400 (KajiTech) Siguiendo con las directrices de análisis de catálogo, se procederá a calcular el tiempo de llenado de un depósito de un vehículo hidrógeno. 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 340 (𝑁𝑚3/ℎ)= 11,85 𝑚𝑖𝑛 El tiempo de llenado de este modelo, a pesar de ser de los más grandes en cuanto a compresor tipo booster se refiere, es de lejos mayor que el de los compresores tipo diafragma metálico. Por último, se calculará el consumo específico de la misma manera que se hizo en los casos previos. 𝐸𝑒=110 𝑘𝑊∗3600𝑠 340 (𝑁𝑚3/ℎ) =1164,7 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)  Modelo XQ4A-60GH-OL + WSA-60GH-OL Este modelo está compuesto en realidad por dos compresores integrados para alcanzar una presión más alta de la que obtienen por separado (Hasta 1100bar) con relaciones de compresión muy elevadas. En las imágenes siguientes se muestran una fotografía del equipo completo así como la tabla donde el fabricante recoge la información publicada del equipo. 38 Figura 4-10 Compresor KajiTech modelo integrado Figura 4-11 Tabla de especificaciones KajiTech modelo integrado 39 Para la posterior comparativa, se hallarán los parámetros de tiempo de llenado y consumo específico que se vienen calculando para todos los modelos estudiados. 𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ) 200 (𝑁𝑚3 ℎ)= 20,16 𝑚𝑖𝑛 𝐸𝑒=80 𝑘𝑊∗3600𝑠 200 (𝑁𝑚3/ℎ) =1440 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3) A pesar de ofrecer una presión más elevada, este último modelo ofrece un tiempo de llenado y un consumo específico mayor que el modelo Hykom400, por tanto, en la comparativa posterior no se tendrá en cuenta éste último modelo de Kajitech, solamente el equipo Hykom400. 4.2.4. Toyokoatsu Este fabricante al igual que su paisano, Kajitech, oferta exclusivamente compresores tipo booster, y, aunque su oferta es algo más extensa, sus características son de órdenes de magnitud similares como se muestra a continuación. Figura 4-12 Oferta de compresores Toyokoatsu Como se viene haciendo, se calculará en primer lugar el tiempo de llenado de un depósito de FCEV y posteriormente su consumo específico de los modelos 9H y 9000. 46 47 5 DISEÑOS NO COMERCIALES e han mostrado hasta ahora los distintos tipos de diseños de compresores de hidrógeno a alta presión que existen en el mercado hoy en día, los cuales son bastante similares a los compresores convencionales. Sin embargo, actualmente se están desarrollando una gran variedad de diseños de compresores específicos para hidrógeno que podrían ayudar a reducir los consumos de compresión de este gas. En este capítulo se mostrarán los diseños más importantes capaces de trabajar a alta presión. 5.1. Compresor de líquido iónico Este diseño, patentado por la empresa Linde, se basa en un compresor de pistón convencional con la diferencia que cada pistón se encuentra sellado por una columna de líquido iónico casi incompresible, el cual es el que actúa sobre el hidrógeno para comprimirlo. Además, este líquido iónico tiene función separadora de evitando que se contamine el hidrógeno con la lubricación del pistón y minimiza las fugas de hidrógeno a través del pistón. A continuación se muestra una fotografía de un compresor de este tipo y un esquema explicativos S Sólo la imaginación es más importante que el conocimiento - Albert Einstein- - 48 Figura 5-1 Fotografía de compresor de líquido iónico Aunque este líquido iónico apenas se mezcla con el hidrógeno durante el proceso de compresión y no supone una contaminación importante para el gas, es necesario añadir al final de la última etapa un separador, el cual se encarga de devolver a los pistones el líquido que pudiera haberse mezclado con el hidrógeno. Figura5-2 Esquema de un compresor de líquido iónico instalado con el separador Este compresor se instala en un mismo modulo junto con el separador y las botellas de almacenamiento así como un enfriador, de manera que tras comprimirse el hidrógeno pasa por el separador, para devolver el líquido iónico remanente en el gas, tras esto se envasa en botellas de hasta 1000 bar. 49 A la hora de repostar, el gas se deja escapar de las botellas y comienza a pasar a través del enfriador donde alcanza temperaturas de -40ºC antes de entrar al vehículo por simple diferencia de presiones, sin necesidad de otro compresor intermedio. Según asegura la empresa Linde, este sistema es capaz de llenar el depósito de un FCEV en menos de 3 minutos. Las principales ventajas de este compresor son:  No hay contaminación de hidrógeno (u otros gases).  Ambientalmente seguro.  Buena capacidad térmica.  Buenas cualidades lubricantes.  Inhibición de la corrosión.  Eliminación de los sellos y los cojinetes en el compresor ya que líquidos iónicos no se mezclan con el hidrógeno. 5.2. Compresor electroquímico El principio de funcionamiento de este compresor se basa en separar los átomos de hidrógeno en un protón y un electrón aplicándole una diferencia de potencial entre un ánodo y un cátodo separados por una membrana de intercambio protónico (PEM). Denominándose al conjunto completo MEA, por sus siglas en inglés de Membrane-Electrode-Assembly. Figura 5-3 Esquema de compresor electroquímico 50 Figura 5-4 Compresor electroquímico La ventajas principales de estos compresores son en primer lugar la ausencia de partes móviles, evitándose así las pérdidas por fricción, y en segundo lugar que el proceso es aproximadamente isotermo, por lo que se consigue una eficiencia de compresión muy elevada. Se muestra en la gráfica siguiente la comparación de consumos según diferentes procesos de compresión. Figura 5-5 Comparativa de consumos de varios procesos de compresión Estos compresores han evolucionado notablemente en los últimos años superando entre otros los siguientes obstáculos:  Presión de salida superior a 800 bar.  Relación de compresión de 800:1.  Más de 5000 horas de operación a elevada densidad de corriente (750 mA/cm2). 51 5.3 Compresor de hidruro El compresor de hidruro metálico es un sistema, muy parecido al almacenamiento en hidruros metálicos, basado en la absorción de hidrógeno por una matriz metálica que al ser calentada, normalmente con vapor de agua, a cierta temperatura, libera es capaz de liberar el hidrógeno a presión elevada. Figura 5-6 Esquema de compresor de hidruros metálicos Figura 5-7 Compresor de hidruro de 3 etapas para isótopos de hidrógeno (620 bar) La temperatura de operación variará enormemente dependiendo del tipo de matriz y de la presión de salida que se requiera, evolucionando la presión exponencialmente con la temperatura. Siendo posible alcanzar presiones de hasta 5000 bar a altas temperaturas. Una forma de incrementar la eficiencia energética del proceso de compresión es aumentar la temperatura de aporte de calor, no obstante, los hidruros metálicos tradicionales, se degradan con temperaturas superiores a los 100ºC. 52 Por tanto, un reto importante para la evolución de este tipo de compresores es la investigación sobre materiales alternativos resistentes a impurezas y altas temperaturas, que además ofrezcan una velocidad de absorción y desorción del hidrógeno en la matriz metálica. 53 6 CONCLUSIONES n el presente documento se han detallado las propiedades del hidrógeno y la situación actual de su tecnología y sistemas de compresión, así como los análisis de consumos energéticos y costes económicos. En este apartado de conclusiones se repasarán los aspectos generales vistos en este trabajo y se analizarán su repercusión en cuanto a la evolución de la tecnología del hidrógeno en un futuro a corto y medio plazo. Este trabajo está enfocado a la compresión de hidrógeno con fines de repostaje de FCEVs, por considerarse el primer paso para conseguir una economía de escala. En primer lugar en cuanto a las propiedades termodinámicas del hidrógeno, la principal desvestaja es la baja densidad que presenta en comparación con cualquier otra sustancia, de ahí la necesidad de comprimir el hidrógeno a alta presión con el fin de almacenarlo en un espacio reducido y de esta manera utilizarlo en aplicaciones móviles. Por otra parte, el hidrógeno resulta ser la sustancia más difícil de comprimir y almacenar, por su reducido tamaño molecular y densidad fundamentalmente. Los motivos expuestos hasta ahora justifican la apremiante necesidad de mejorar los sistemas de compresión actuales y desarrollar otros nuevos, que no solo beneficiarían a la tecnología del hidrógeno sino que contribuirían a la mejora de otros procesos que utilicen la compresión. Se ha observado a lo largo de este documento que existen numerosas soluciones para obtener el hidrógeno a alta presión con el objetivo de repostar vehículos de pila de combustible en un tiempo aceptable. Además de las soluciones ya existentes, se está innovando en este campo, desarrollándose nuevos sistemas de compresión de hidrógeno que podrían sustituir a los actuales en un futuro cercano. En cuanto al análisis de costes, se observa que en la actualidad, el precio de llenado del depósito de un FCEV podría conseguirse a un precio parecido al de un vehículo de gasolina convencional. No obstante la principal diferencia que existe está en la inversión inicial necesaria para la obtención de equipos de producción, compresión, almacenamiento y consumo de hidrógeno. E La vida es el arte de sacar conclusiones suficientes a partir de datos insuficientes - Samuel Butler-- 54 Una vez visto que en la actualidad es posible repostar un vehículo de hidrógeno a un precio no demasiado elevado, y que la tecnología del hidrógeno se encuentra aún en desarrollo, se puede concluir que esta tecnología es sin duda una clara opción energética en el futuro que compita en el mercado y ayude a la integración definitiva de las renovables, al producirse el hidrógeno a través de estas fuentes de energía. A pesar de que todas las ramas de la tecnología del hidrógeno se encuentran en proceso de mejora, un factor determinante para impulsar la investigación y el desarrollo en este ámbito sería un incremento de la demanda de hidrógeno con fines energéticos, ya que esto disminuiría los costes de producción y motivaría la inversión en I+D, ayudando así a la creación de la deseada economía de escala del hidrógeno gracias al llamado “Learning by doing”. 55 REFERENCIAS Almacenamiento de hidrógeno en microesferas de vidrio <http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review05/stp_47_hall.pdf> Características del hidrógeno y su tecnología <https://www.uclm.es/profesorado/afantinolo/curso%20de%20catalisis/Puertollano2005/ponenc ia10.pdf> Catálogo de compresores Haskel <http://www.haskeleurope.com/StaticFiles/MRContent/StaticFiles/Haskel%20Europe/en/PDF;s/Haskel_Hydrogen_ 6-19-13.pdf> Compresor de hidruro <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319914002389> Compresor de líquido iónico < http://www.a3ps.at/site/sites/default/files/conferences/2014/papers/01_linde_mayer.pdf > http://www.lindeus.com/en/innovations/hydrogen_energy/fuelling_technologies/ionic_compress or.html Compresor electroquímico < http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review12/pd048_lipp_2012_o.pdf > Información sobre electrolizadores http://www.hydrogenics.com/docs/default-source/pdf/2-1-1-industrialbrochure_english.pdf?sfvrsn=2 Métodos de producción de hidrógeno <http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/hidrogeno_metodologias_de_produccion> Oferta de compresores HydroPac <http://www.hydropac.com/HTML/hydrogen-compressor.html> Oferta de compresores Kajitech < http://www.kajitech.com/products/pro-fc/vd4-75gh-ol.html > Oferta de compresores PDC Machines < http://www.ariema.com/productos/PDC%20Machines-ARIEMA1.pdf > Oferta de compresores Toyokoatsu <http://www.toyokoatsu.co.jp/ > PDC Machines compresores tipo diafragma metálico < http://www.pdcmachines.com/diaphragm-compressors/ >