Diseño de un piloto de celdas de combustible de hidrógeno como fuente de energía para camiones CAEX

Abstract

En la actualidad y durante las próximas décadas, Chile y el mundo se verán enfrentados a nuevos desafíos generados por el cambio climático. El consumo elevado de combustible por parte de los motores de combustión presenta uno de los mayores desafíos. Dentro de la industria minera en Chile, se libera una cantidad importante de CO2 a la atmósfera, contribuyendo con un total de 6.252.000 Ton de CO2 anualmente, lo que representa un 5,4 % del total generado en Chile. Dentro del marco del Plan energético nacional, se pretende que para el año 2050, se eliminen totalmente las emisiones contaminantes por parte de la industria minera. Como una alternativa a los motores de combustión, la tecnología de las celdas de combustible aparece como una de las posibles soluciones. Las celdas de combustible (FC) son dispositivos utilizados para generar energía eléctrica, por medio de una reacción electroquímica, pudiendo disminuir al mínimo la emisión de gases nocivos. Las celdas de combustible se han implementado como sustitutos o complementos en la generación de energía en la industria automotriz, entregando resultados positivos desde el punto de vista operacional. Producto de la competencia entre diferentes tecnologías en autos eléctricos (EV), las celdas de combustible se ha propuesto como alternativa para vehículos de mayor tamaño, debido a las ventajas que presentan. Cerca del 80 % de las emisiones generadas por la Minera Los Pelambres (MLP), proviene del consumo de combustible por parte de sus camiones de extracción minera (CAEX), por esto, se ha planteado sustituir los motores de combustión por celdas de combustible. Dentro de este marco, se genera el trabajo desarrollado en este documento, que tiene como objetivo el de dimensionar y diseñar un piloto que permita validar la tecnología de las celdas de combustible para camiones CAEX. Para el desarrollo de este trabajo de título y la selección de equipos a utilizar, es necesario estudiar sobre las celdas de combustible y su aplicación en electro-movilidad, generando una visión amplia y actualizada de esta tecnología en constante desarrollo. Posterior a la selección de las tecnologías, se genera un ciclo de condición característico que modela el comportamiento de operación de los camiones. El ciclo de conducción es necesario para realizar un dimensionamiento de los principales equipos, por medio de un modelo de optimización que utiliza los registros de velocidad, pendiente y aceleración. Finalmente dentro del marco de la guía de proyectos especiales de hidrógeno, se diseñan una serie de pruebas, con el objetivo de obtener resultados que permitan demostrar el correcto funcionamiento de las celdas de combustible en condiciones de operación de la mina, y de los sistemas híbridos en condiciones de operación de la mina y sometidos a demandas de potencia representativas de la operación.