La mirada del mendigo

12 septiembre 2019

Último desvarío de los feminazis

Filed under: Tecnología — Nadir @ 12:15

Bien. Me alegra haber concitado vuestra atención. Está bien reírse de los postmodernitos, pero ahora, a ver si somos capaces de tratar de cosas importantes.

Vicente trajo a colación el tema del ácido fórmico, y de ahí llegamos al H2. E hice unos cálculos sencillos que me dieron resultados que considero interesantes, y quisiera que los repasaseis para darlos por buenos. Es el ABC de termodinámica, pero ya hace muchos años de eso y quisiera que los que lo tenéis fresco los confirmaseis o corrigieseis. Copio el comentario:

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Vamos a comparar la energía necesaria para comprimir y licuar un mol de H2, la molécula más sencilla, leve y pequeña de todas.

Licuar:
E = n*c * -ΔT + Lv*n = 28.836*1*(273.15+20-20.27)+904*1 = 8.77 kJ

Hemos reducido el volumen en proporción 1/7800

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Comprimir (de forma isoterma, para facilitar el cálculo de la integral) a 350 bar:

W = -p*dV = -nNT/V * dV = nRT * ln(V2/V1) = nRT *ln (p1/p2) = 1*8.314472*293.15*ln(350/1.01325) = 14.24kJ

¡Y eso que sólo hemos reducido el volumen en proporción 1/350! (también de la ecuación de los gases perfectos: nRT=cte –> V1/V2=p2/p1)

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Ya por curiosidad ¿qué trabajo supondría llegar a los 700 bar que soportan ya los nuevos modelos como el Clarity, el Mirai o el Nexo (tampoco hay más)?

W = 15.93 kJ

Claro, el logaritmo. Qué interesante, nunca me lo había planteado. Si mecánicamente aguanta el depósito, termodinámicamente es mucho más ventajoso usar altas presiones, porque con un poco más de energía reduces mucho el volumen. ¡Qué bonitas que son las mates!

Pero me sigue sorprendiendo el dato de la licuefacción.

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Y añado.

Poder calorífico inferior = 120 MJ/kg –> 241 J/mol

Es decir, para hacerlo embarcable, gastamos el 3.6% de la energía total disponible si lo licuamos, y el 6.6% si lo comprimimos a 700bar. De la total disponible, pero luego tanto si lo quemamos en un motor térmico como si generamos electricidad en una pila de combustible, podemos esperar rendimientos sobre el 30 y pocos % (del sistema en conjunto, no sólo de las células o el termodinamico). Es decir, perdemos entre el 10 y el 20% de la energía realmente aprovechable del hidrógeno en hacerlo manejable para poder meter una cantidad sustancial en el depósito del vehículo. No es poco, tampoco es disparatado.

Por cierto, como curiosidad: un motor térmico funcionando con hidrógeno (o con metano, por cierto) sí que emite un gas contaminante. ¿Sabéis cuál es? Combustión a altas presiones/temperaturas, y la combustión del H2 o el CH4 lo son y mucho igual a… ¡NOx! Los temidos óxidos de nitrógeno con los que tanto se ha mortificado al Diesel.

Bueno, eso, repasad los cálculos. En un futuro a medio plazo podría ser parte de la solución en el transporte. La clave sigue siendo aumentar la eficiencia de la electrólisis.

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13 comentarios »

  1. Maestro, un detalle a vuelapluma:

    El clarity, o la mayoría de vehículos a hidrógeno… son eléctricos. El H2 se usa en una pila de combustible para ir recargando la batería de litio intermedia, de la que tiran el inverter y demás…

    Comentario por Beamspot — 12 septiembre 2019 @ 14:17 | Responder

    • Ciertamente, ciertamente, importante la aclaración. Realmente, acabamos llamando “eléctrico” a los BEV y, realmente, hasta muchos híbridos son en realidad de tracción eléctrica.

      Comentario por Nadir — 12 septiembre 2019 @ 15:10 | Responder

  2. Un par de cosas:

    – De la Wikipedia (https://es.m.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible): “En general, la eficiencia energética de una pila de combustible está entre 40-60 %, y puede llegar hasta un > 85%-90 % en cogeneración, si se captura el calor residual para su uso.”

    Con lo que si somos muy eficientes digamos que se puede aprovechar el 80% de la energía, aunque claro está que será más cara y compleja la pila usando cogeneración.

    Si se lee detenidamente el artículo se puede ver que todavía quedan problemas por resolver en las pilas de combustible. Además si el litio es escaso ya ni hablemos del platino y el paladio usado en las células más eficientes.

    – No has tenido en cuenta que el proceso de refrigeración y compresión tampoco es totalmente eficiente, con lo que con una eficiencia del 50% (muy buena) no se gastaría un 6.6% sino un 13.2% de la energía en ese proceso.

    Comentario por JM — 12 septiembre 2019 @ 14:22 | Responder

    • Importante el segundo punto que tocas. No me puse con las eficiencias de un compresor o un tren de licuefacción para no liar todo aún más. Además de que no sé qué eficiencia puede tener un tren de licuefacción, la verdad, de compresores sí tengo alguna idea más.

      Lo de tomar el dato de eficiencia de la cogeneración… aparte de calefacción, no sé para qué demonios podría servir tener un suministro de agua caliente en un coche. Entiendo que en este caso no es aplicable.

      Por otra parte, platino y paladio también se usan en los catalizadores de los coches térmicos. La cuestión es en qué cantidad entran en una célula de combustible. Que no lo sé. ¿Tienes tú o alguien que nos lea algún dato?

      Comentario por Nadir — 12 septiembre 2019 @ 15:16 | Responder

      • Tienes razón en la cogeneración, que seguramente sólo sería utilizable en grandes instalaciones (p. ej un barco) usando un motor de tipo Stirling o algo por el estilo.

        Con lo que nos quedamos con entre un 40% y un 60% de eficiencia para la pila de combustible de un coche.

        Parece ser que una pila de hidrógeno usa 10 veces más platino que un catalizador, pero se espera reducir en un futuro (https://www.autoblog.com/2019/05/13/hydrogen-fuel-cell-platinum-reduction/?guccounter=2)

        Aún así también se usa en gran medida el platino en la electrolisis del agua.

        Comentario por JM — 12 septiembre 2019 @ 17:40 | Responder

        • Privately-owned Bosch, which last month signed a deal with Powercell Sweden AB to mass produce fuel cells, said its fuel cell design was not finalized, but it expects them to use only as much platinum as a diesel catalytic converter. A catalytic converter in a diesel passenger vehicle typically uses three to seven grams of platinum compared with around 30-60 grams currently needed for a fuel cell for the same vehicle, according to analysts.

          Muchas gracias por el enlace. A 30 $/g, supone bajar de 1800-900$ a 210$ el platino contenido en la pila de hidrógeno.

          Un motor Stirling… uau! Eso sí que es una vuelta a las esencias de los motores térmicos. Podría ser, quizá pudiera usarse para el consumo de auxiliares de un barco. En un vehículo más ligero, el incremento de peso no creo que compense, pero… todo es cuestión de echar cálculos.

          Sobre rendimientos, de la wiki inglesa:
          https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
          In a fuel-cell vehicle the tank-to-wheel efficiency is greater than 45% at low loads[68] and shows average values of about 36% when a driving cycle like the NEDC (New European Driving Cycle) is used as test procedure.[69] The comparable NEDC value for a Diesel vehicle is 22%. In 2008 Honda released a demonstration fuel cell electric vehicle (the Honda FCX Clarity) with fuel stack claiming a 60% tank-to-wheel efficiency.[70]
          It is also important to take losses due to fuel production, transportation, and storage into account. Fuel cell vehicles running on compressed hydrogen may have a power-plant-to-wheel efficiency of 22% if the hydrogen is stored as high-pressure gas, and 17% if it is stored as liquid hydrogen.

          El gran problema ahora mismo es que si los BEV son caros, los de FCEV son aún más caros. Pero claro, se compensa porque el gasto de utilización es más barato? Pues al revés, el coste por km de tirar con hidrógeno es superior al de un gasolina. Y eso que estamos tirando con hidrógeno industrial, obtenido del steam reforming del gas natural (emite CO2). Con electrólisis del agua sería aún bastante más caro. Mientras no se soluciones este punto, y no es fácil que lo haga en un futuro próximo, no tiene cuenta un coche de hidrógeno aunque te lo regalasen.

          Comentario por Nadir — 13 septiembre 2019 @ 6:12 | Responder

  3. Esta máquina funciona con hidrógeno comprimido.

    Comentario por Juan Manuel Grijalvo — 12 septiembre 2019 @ 17:09 | Responder

  4. Independientemente de que la eficiencia de las baterías sea mayor que la del hidrógeno como almacenamiento de energía creo que la principal ventaja es que no hay que montar especial para empezar a usarse. Cualquier país moderno tiene una red de generación de electricidad más o menos eficiente, que se tendrá que ir ampliando según sea necesario. No se va a transformar toda la flota mundial de vehículos en un año. Con el hidrógeno habría que montar antes toda una compleja infraestructura.

    Pero sobre todo lo mejor es que cualquiera puede poner unos paneles en su terraza y empezar a generar electricidad. O en el techo del coche para como ayuda. O cargar las baterías en horario nocturno, ir al trabajo y a la vuelta usar las baterías del coche para las necesidades caseras antes de ir a dormir. Al fin y al cabo esto daría a los ciudadanos más flexibilidad e independencia. No toda, porque en España la mayoría vivimos en pisos, pero más que actualmente.

    Sin embargo con el hidrógeno seguiríamos dependiendo de una serie de grandes empresas que serían los dueños de las infraestructuras de generación y distribución con el consiguiente poder político asociado.

    Comentario por JM — 12 septiembre 2019 @ 21:56 | Responder

    • Con el hidrógeno habría que montar antes toda una compleja infraestructura. –> Japón se está poniendo. También es cierto que los principales avances en este campo son de marcas japos… y coreanas.

      poner unos paneles en su terraza y empezar a generar electricidad –> Calcula la superficie que necesitas para cargar la batería de un coche. Rara vez la orientación del tejado es perfecta, y eso sólo en casas unifamiliares, y en una de las aguas del tejado. Tampoco la inclinación es la óptima, o quizá no vivas en el Sur de la Península… Producir paneles solares es costoso, económica y ambientalmente, y deben ser situados allá donde se maximice su producción.

      O en el techo del coche para como ayuda. –> En esto sí que soy contundente: es una subnormalidad en toda regla. En refrigerar el habitáculo, si dejas el coche al sol para cargarlo, ya gastas lo poco que hayas ganado en la carga de la batería. Esto sí que es desperdiciar paneles , puro marketing para los tontos que ven una panel fotovoltaico y mojan los pantalones.

      “usar las baterías del coche para las necesidades caseras antes de ir a dormir” –> Ciclar una batería de 10.000€ para ahorrarte unos céntimos en la factura? No me parece muy inteligente.

      “porque en España la mayoría vivimos en pisos” –> Una enorme ventaja competitiva respecto a otras sociedades, que no hemos puesto suficientemente en valor.

      “con el hidrógeno seguiríamos dependiendo de una serie de grandes empresas que serían los dueños de las infraestructuras de generación y distribución” –> No como con las células fotovoltaicas que son fabricadas por pymes españolas. XDDDDDDDDDDDDD Y dado que con tu panel en la terraza no generas energía ni para que funcione el microondas, mucho menos para recargar un BEV, tendrás que comprarle electricidad a eléctricas que tampoco son pymes precisamente.

      Comentario por Nadir — 13 septiembre 2019 @ 6:24 | Responder

  5. Esa primera energía que calculas es la necesaria para pasar de gas a líquido un mol de hidrógeno a 20,28ºK Si le sumas la energía necesaria para bajar la temperatura de un mol de hidrógeno desde temperatura ambiente hasta esos -252,87ºC ya te sale algo congruente y comparable con las otras energías.

    Ahora mismo para conseguir de forma industrial un kilo de hidrógeno comprimido a 700atms por electrolisis supone gastar unos 60kwh de energía en forma de electricidad que hay que sacar de algún sitio.

    Para conseguir un kilo de hidrógeno comprimido a 700atms por reformado del gas natural se gastan 45kwh de energía, proporcionada básicamente por el metano.

    Así que a pesar de que usar metano supone emisiones de CO2 (para quedarte con el H2 algo tendrás que hacer con el C) y escapes del propio CH4, el coche de hidrógeno es en realidad el coche de gas natural.

    Si te parece que el coche eléctrico es poco viable, el coche de hidrógeno o gas natural es aún más inviable, porque multiplica por 3 o 4 las necesidades de energía y por 2 la de recursos. A fin de cuentas es un coche eléctrico más la pila de fuel y los depósitos de hidrógeno (de fibra de carbono y 15 años de vida útil, aunque seguro que tienen alguna vida en ciclos, no la cuentan)

    El nuevo Toyota Mirai está a la venta ya en España: 80.300€ por un coche que prácticamente es un Prius. Y sólo hay una hidrogenera disponible en Madrid.

    ¿Por qué apuestan algunos países por este coche? Japón tiene depósitos submarinos de metano frente a sus costas, la posibilidad de lograr una independencia energética es muy golosa como para no probar. Aunque todavía no hayan logrado encontrar la manera de explotar comercialmente ese metano. En US el shale gas también da posibilidades de explotarlo a través de estos coches.

    ¿Usarlo en coches convencionales? ¿Y gastar de dos a tres veces más hidrógeno para lo mismo? A principios de siglo, el RX8 de Mazda gastaba 2,3 kg a los 100 (y limitado a mitad de potencia, cambiar gasolina por hidrógeno en un motor de ciclo otto no es tan fácil como parece, la temperatura de llama no permitía sacar los 230cv del coche) y el BMW serie 7 (que a pesar de ser la versión larga, perdía la mitad del maletero, la quinta plaza y el hidrógeno en menos de un par de días -estaba subenfríado para ahorrar en los depósitos de presión) sobre 3kg a los 100.

    A 12€ el kilo, no es que no fuese competitivo con la gasolina, es que eran ruinas con ruedas.

    Un coche como el Mirai dice consumir 0,7kg a los 100, lo que le coloca a la altura de un gasolina eficiente y por detrás de un híbrido gasolina (que cuesta la mitad adquirir)

    ¿Quién financia el coche de hidrógeno? Ahí está la respuesta al sinsentido de apostar por algo que de poder resolverse sus problemas significaría que hace tiempo se habrían resuelto los del coche eléctrico puro.

    Saludos

    Comentario por Hudson — 13 septiembre 2019 @ 20:32 | Responder

    • Coño! Acabo de rescatar el comentario del spam de pura casualidad.

      Por favor, si veis que no aparece vuestro comentario al poco de ser publicado, recordádmelo para que lo rescate.

      Bueno, al tema.

      “Esa primera energía que calculas es la necesaria para pasar de gas a líquido” –> No, como ves hay dos sumandos. El segundo es el calor latente, pero el primer término es la variación de temperatura por el calor específico.

      “A fin de cuentas es un coche eléctrico” –> Cierto en lo de los recursos: es más eficiente usar la energía en cargar las baterías. Hasta ahí muy de acuerdo. En lo que me parece interesante el hidrógeno es en aplicaciones de potencia en las que las baterías no son de utilidad. Por ejemplo, en la maquinaria de una cantera o en el transporte de mercancías por carretera. O incluso en la aviación. Para un coche, sobre todo si lo aligeramos, pues seguramente sea más interesante tirar con baterías; especialmente si lo combinamos con la electrificación de la red troncal que pronpongo.

      “Japón tiene depósitos submarinos de metano frente a sus costas” –> No creo que sea razón. Además, por un razonamiento análogo al que tú mismo acabas de hacer. Si tienes metano: métele metano a un motor térmico en vez de andar convirtiéndolo a hidrógeno (que es un dolor de huevos almacenar). Se me escapa de la cabeza por qué no se está promoviendo los coches a CNG y LNG. En Rusia, por ejemplo. Que además es más conveniente que el diesel en climas fríos.

      El hidrógeno, si tiene un sentido ecológico, es obtenerlo por electrólisis. Obtenerlo del metano para automoción es una chorrada porque, para eso, usamos el metano.

      el RX8 de Mazda gastaba 2,3 kg a los 100 –> ¿Cambiaron a H2 un Wankel? Precisamente un motor con problemas de estanqueidad en los “cilindros” (es decir, entre los lóbulos). La mitad del hidrógeno debía salir por el tubo de escape tal cual entró.

      Respuesta (poco convincente):
      https://www.carmagazine.co.uk/car-reviews/mazda/mazda-rx-8-hydrogen-re-2007-review/
      Why is a rotary engine better suited to hydrogen?
      Hydrogen, as you know, is more than a touch volatile – its ‘flame front’ – the point at which it bursts into flame – is almost seven times that of unleaded petrol. Which means keeping it away from heat until actual combustion is crucial. Unlike a piston engine where intake and combustion occur in the same chamber, a rotary engine has separate intake and combustion chambers, so the temperature in the intake chamber is always going to be much lower than in a piston engine.

      Creo que el problema en ambos casos es que son coches bifuel, es decir, no se optimizado el motor para funcionar con hidrógeno. Audi estaba probando un R8 con motor térmico de hidrógeno, no sé en qué acabó la historia.

      Disculpa por el retraso en ser publicada y un saludo!

      Comentario por Nadir — 17 septiembre 2019 @ 1:00 | Responder

  6. […] para ensuciar el objetivo de reducir en lo posible las emisiones de dióxido de carbono: para la producción de hidrógeno por electrólisis, desconectadas de la red. De esta forma, la intermitencia de suministro pasaría a ser sólo un […]

    Pingback por Hablando en serio sobre descarbonización | La mirada del mendigo — 18 septiembre 2019 @ 19:19 | Responder

  7. […] vamos a retomar el artículo sobre el hidrógeno y obtener el consumo energético de comprimirlo a la presión de carga en el depósito, que son 250 […]

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