Aplicaciones domiciliarias del hidrógeno verde

Abstract

El hidrógeno presenta la ventaja de ofrecer una mayor eficiencia energética gracias a su alto poder calorífico gravimétrico, donde 1 kg de hidrógeno contiene tres veces más energía que 1 kg de gasolina. Esto permite su utilización en celdas de combustible para generar electricidad con un rendimiento superior y si se considera la utilización de hidrógeno verde se evitan las emisiones de gases de efecto invernadero. La producción local de hidrógeno representa una fuente de energía que puede almacenarse a largo plazo y utilizarse de manera eficaz, lo que, a su vez, contribuye de manera significativa a la seguridad energética. Por esto que se plantea como objetivo la proyección de un sistema de generación energético mixto mediante el uso de hidrógeno verde y energías renovables, para aplicaciones domiciliarias. El diseño contempla la etapa de producción del hidrógeno y electricidad mediante celdas de combustible y paneles solares fotovoltaicos. Tras analizar el consumo de energía en Chile, se identifica que la electricidad y el gas licuado de petróleo son las principales fuentes de energía residencial. Para abordar la necesidad de estabilidad eléctrica, se estudia la demanda energética y la disponibilidad de recursos en distintas zonas. Como resultado, se determina que la planta de hidrógeno se ubicará en las cercanías de Vicuña, región de Coquimbo, para abastecer el consumo eléctrico de un condominio de 15 viviendas. Para la generación de electricidad, se opta por utilizar una celda de combustible PEM específicamente el modelo PM 400 Stack Module 240 de la marca Protón Motor. De igual forma se selecciona un electrolizador de tipo PEM, modelo Silyzer 300 de Siemens para producir el hidrógeno necesario. El hidrógeno se debe acondicionar para su ingreso a las celdas de combustible. Este sistema consta de dos partes, primero una compresión de dos etapas con refrigeración intermedia, lo que permite almacenar el hidrógeno durante el proceso de generación y segundo el acondicionamiento para el suministro de hidrógeno a las celdas de combustible, que incluye válvula y refrigeración. También considera un sistema similar para el almacenamiento del oxígeno, un subproducto del proceso, destinado para uso hospitalario. El diseño global incluye otros elementos como bombas, intercambiadores de calor y estanques para el agua, teniendo en cuenta la recirculación del agua generada por la celda. Finalmente, se estiman el CAPEX y OPEX y con ello, se calcula el costo nivelado del hidrógeno y la energía, analizando la viabilidad de la proyección de un sistema de generación mixta de hidrógeno verde y energía fotovoltaica para uso domiciliario.