Una infraestructura de hidrógeno es la infraestructura de transporte por tuberías de hidrógeno, puntos de producción de hidrógeno y estaciones de hidrógeno (a veces agrupadas como una autopista de hidrógeno) para la distribución y la venta de combustible de hidrógeno , [1] y, por tanto, un requisito previo crucial antes de una comercialización exitosa de Tecnología de pilas de combustible para automóviles . [2]
Planta de gasificación de hidrógeno para Belinka Perkemija [sl] , 2015
Los oleoductos son la forma más económica de transportar hidrógeno a largas distancias en comparación con otras opciones. La tubería de gas hidrógeno es una rutina en las grandes refinerías de petróleo, porque el hidrógeno se utiliza para hidrocraquear combustibles a partir del petróleo crudo.
La fragilización por hidrógeno (una reducción en la ductilidad de un metal debido al hidrógeno absorbido ) no es un problema para los gasoductos de hidrógeno. La fragilización por hidrógeno sólo ocurre con hidrógeno "difusible", es decir, átomos o iones. El gas hidrógeno, sin embargo, es molecular (H 2 ) y existe una barrera energética muy importante para dividirlo en átomos. [3]
La AIE recomienda que se utilicen los puertos industriales existentes para la producción y los gasoductos existentes para el transporte, así como la cooperación internacional y el transporte marítimo. [4]
Corea del Sur y Japón , [5] que a partir de 2019 carecen de interconectores eléctricos internacionales , están invirtiendo en la economía del hidrógeno . [6] En marzo de 2020, se inauguró en Japón el campo de investigación de energía de hidrógeno de Fukushima , que afirma ser la instalación de producción de hidrógeno más grande del mundo. [7] El sitio ocupa 180.000 m 2 (1.900.000 pies cuadrados) de terreno, gran parte del cual está ocupado por un panel solar ; La energía de la red también se utiliza para la electrólisis del agua para producir combustible de hidrógeno. [8]
Las estaciones de hidrógeno que no están situadas cerca de una tubería de hidrógeno se abastecen a través de tanques de hidrógeno , remolques de tubos de hidrógeno comprimido , remolques de hidrógeno líquido , camiones cisterna de hidrógeno líquido o producción dedicada in situ. Algunas firmas como ITM Power también están aportando soluciones para fabricar su propio hidrógeno (para utilizarlo en el coche) en casa. [9] Se están llevando a cabo actividades apoyadas por el gobierno para ampliar una infraestructura de combustible de hidrógeno en el estado estadounidense de California, en algunos estados miembros de la Unión Europea (sobre todo en Alemania [2] ) y en particular en Japón.
Transporte de hidrógeno por tuberías
El transporte de hidrógeno por tuberías es un transporte de hidrógeno a través de una tubería como parte de la infraestructura de hidrógeno. El transporte de hidrógeno por ductos se utiliza para conectar el punto de producción o suministro de hidrógeno con el punto de demanda, los costos de transporte por ductos son similares a los del GNC , [10] la tecnología está probada, [11] sin embargo, la mayor parte del hidrógeno se produce en el lugar de demanda con cada 50 a 100 millas (80 a 161 km) de una instalación de producción industrial. [12] En 2004 [actualizar], hay 900 millas (1.448 km) de tuberías de hidrógeno de baja presión en los EE.UU. y 930 millas (1.497 km) en Europa.
El transporte de hidrógeno por tuberías es un transporte de hidrógeno a través de una tubería como parte de la infraestructura de hidrógeno.
Historia
1938 - Rin-Ruhr Las primeras tuberías de hidrógeno de 240 km (150 millas) construidas con tubos de acero normales, presión de hidrógeno comprimido de 210 a 20 bares (21 000 a 2000 kPa), diámetro de 250 a 300 milímetros (9,8 a 11,8 pulgadas). Aún en funcionamiento. [18] [19]
1973 – Oleoducto de 30 km (19 millas) en Isbergues , Francia . [20]
1985 – Ampliación del oleoducto de Isbergues a Zeebrugge
2009: extensión de 240 km (150 mi) del oleoducto desde Plaquemine a Chalmette . [21]
Ciencias económicas
El transporte de hidrógeno por tuberías se utiliza para transportar hidrógeno desde el punto de producción o entrega hasta el punto de demanda. Aunque el transporte de hidrógeno por ductos está tecnológicamente maduro, [22] [23] y los costos de transporte son similares a los del GNC , [24] la mayor parte del hidrógeno se produce en el lugar de demanda, con una instalación de producción industrial cada 50 a 100 millas (80 a 161 kilómetros) [25]
Tubería
Para tuberías de metal de proceso a presiones de hasta 7000 psi (48 MPa), se prefieren tuberías de acero inoxidable de alta pureza con una dureza máxima de 80 HRB . [26] Esto se debe a que durezas más altas están asociadas con una menor tenacidad a la fractura , por lo que el acero más fuerte y de mayor dureza es menos seguro.
El transporte de hidrógeno en tuberías de acero (grados: API5L-X42 y X52; hasta 1000 psi/7000 kPa, ciclos de presión constante/baja presión) no provoca la fragilización del hidrógeno . [31] El hidrógeno normalmente se almacena en cilindros de acero sin problemas. El gas de hulla (también conocido como gas ciudad) está compuesto en un 50% por hidrógeno y se transportó en tuberías de hierro fundido durante medio siglo sin ningún problema de fragilización.
Infraestructura
2004 - EE.UU. - 1.400 km (900 mi) de tuberías de hidrógeno de baja presión [32] [33]
2004 - Europa - 1.500 km (930 millas) de tuberías de hidrógeno de baja presión. [34]
Las estaciones de servicio de hidrógeno generalmente reciben entregas de hidrógeno en camiones cisterna de los proveedores de hidrógeno. [36] Una interrupción en una instalación de suministro de hidrógeno puede cerrar varias estaciones de servicio de hidrógeno. [37] Construir una estación de servicio de hidrógeno cuesta entre 1 y 4 millones de dólares. [38]
A partir de 2019, el 98% del hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor , que emite dióxido de carbono. [14] La mayor parte del hidrógeno también se transporta en camiones, por lo que se emite contaminación durante su transporte. [36]
Estación de hidrógeno
Bomba de abastecimiento de hidrógeno
Una estación de hidrógeno es una estación de almacenamiento o repostaje de combustible de hidrógeno . [39] El hidrógeno se dispensa por peso. [40] [41] Hay dos presiones de llenado de uso común: H70 o 700 bar , y el estándar anterior H35 o 350 bar. [42] En 2021 [actualizar], alrededor de 550 estaciones de servicio estaban disponibles en todo el mundo. [42]
métodos de entrega
Las estaciones de abastecimiento de hidrógeno se pueden dividir en estaciones externas, donde el hidrógeno se entrega por camión o tubería, y estaciones en el sitio que producen y comprimen hidrógeno para los vehículos. [43] [44]
Tipos de estaciones de recarga
Estación de servicio de hidrógeno casera
Las estaciones domésticas de abastecimiento de hidrógeno están disponibles para los consumidores. [45] Un modelo que puede producir 12 kilogramos de hidrógeno por día se vende por 325.000 dólares. [46]
El combustible de hidrógeno es peligroso debido a su baja energía de ignición, alta energía de combustión y porque se escapa fácilmente de los tanques. [51] Se han informado explosiones en estaciones de servicio de hidrógeno. [52]
Suministrar
Las estaciones de servicio de hidrógeno generalmente reciben entregas por camión de los proveedores de hidrógeno. Una interrupción en una instalación de suministro de hidrógeno puede cerrar varias estaciones de servicio de hidrógeno debido a una interrupción del suministro de hidrógeno. [53]
Costos
Hay muchas menos estaciones de servicio de hidrógeno que de gasolina, que sólo en EE.UU. sumaban 168.000 en 2004. [54] Se estima que reemplazar la infraestructura de gasolina de EE.UU. por infraestructura de combustible de hidrógeno costará medio billón de dólares. [55] Construir una estación de servicio de hidrógeno cuesta entre 1 y 4 millones de dólares. [56] En comparación, los vehículos eléctricos de batería pueden cargarse en casa o en cargadores públicos. En 2023, hay más de 60.000 estaciones de carga públicas en los Estados Unidos, con más de 160.000 puntos de venta. [57] Un cargador público de nivel 2, que comprende la mayoría de los cargadores públicos en los EE. UU., cuesta alrededor de 2.000 dólares, y los cargadores rápidos de CC, de los cuales hay más de 30.000 en los EE. UU., [57] generalmente cuestan entre 100.000 y 250.000 dólares. [58] aunque se estima que los supercargadores de Tesla cuestan aproximadamente 43.000 dólares. [59]
Congelación de la boquilla
Durante el repostaje, el flujo de hidrógeno frío puede provocar que se forme escarcha en la boquilla del dispensador, lo que a veces hace que la boquilla se congele en el vehículo que se está repostando. [60]
Ubicaciones
La consultora Ludwig-Bölkow-Systemtechnik rastrea las estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo y publica un mapa. [61]
Asia
En 2019, había 178 estaciones de servicio de hidrógeno en funcionamiento disponibles al público. [62]
En mayo de 2023 [actualizar], hay 167 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles públicamente en funcionamiento en Japón. [63] [64] En 2012 había 17 estaciones de hidrógeno, [65] y en 2021, había 137 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles públicamente en Japón. [42]
A finales de 2020, China había construido 118 estaciones de servicio de hidrógeno. [66]
En 2019, había 33 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles públicamente en funcionamiento en Corea del Sur. [62] [67] Sin embargo, en noviembre de 2023, debido a problemas de suministro de hidrógeno y estaciones averiadas, la mayoría de las estaciones de servicio en Corea del Sur no ofrecían hidrógeno. [68] 41 de las 159 estaciones de hidrógeno del país figuraban como abiertas, y algunas de ellas estaban racionando el suministro de hidrógeno. [69]
Europa
En 2019, había 177 estaciones en Europa. [62] [70] [71] A principios de 2024, ese número había aumentado a 178, la mitad de los cuales estaban en Alemania. [72]
En junio de 2020, [actualizar]había 84 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Alemania, [70] 5 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Francia, [70] 3 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Islandia, [70] una estación de combustible de hidrógeno disponible al público en Italia, [70] 4 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en los Países Bajos, [70] 2 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Bélgica, [70] 4 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Suecia, [70] 3 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Suiza [70] y 6 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles públicamente en Dinamarca. [70] Everfuel, el único operador de estaciones de hidrógeno en Dinamarca, anunció en 2023 el cierre de todas sus estaciones de hidrógeno públicas en el país. [73] [74]
En junio de 2021, [actualizar]había dos estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Noruega, ambas en el área de Oslo. [75] Desde la explosión en la estación de servicio de hidrógeno de Sandvika en junio de 2019, la venta de coches de hidrógeno en Noruega se ha detenido. [76] En 2023, Everfuel anunció el cierre de sus dos estaciones públicas de hidrógeno en Noruega y canceló la apertura de una tercera. [73]
En junio de 2020, [actualizar]había 11 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles públicamente en el Reino Unido, [70] pero en 2023, el número disminuyó a 5. [77] En 2022, Shell cerró sus tres estaciones de hidrógeno en el Reino Unido. [78]
América del norte
Canadá
En julio de 2023, había 10 estaciones de servicio en Canadá, 9 de las cuales estaban abiertas al público:
Columbia Británica: cinco estaciones están en el área metropolitana de Vancouver y la isla de Vancouver, con una estación en Kelowna. Las seis estaciones son operadas por HTEC (de marca compartida con Shell y Esso ). [79]
Ontario: una estación en Mississauga es operada por Hydrogenics Corporation . La estación solo está disponible para ciertos clientes comerciales. [80]
Quebec: Shell opera tres estaciones en el área del Gran Montreal y Harnois Énergies (de marca compartida con Esso) opera una estación en la ciudad de Quebec. [80]
Estados Unidos
En julio de 2024 [actualizar], había 54 estaciones de servicio de hidrógeno de acceso público en los EE. UU., 53 de las cuales estaban ubicadas en California y una en Hawái. [57]
California: en marzo de 2024, [actualizar]había 53 estaciones minoristas. [57] La financiación estatal continua para las estaciones de servicio de hidrógeno es incierta. [81] En septiembre de 2023, Shell anunció que había cerrado sus estaciones de hidrógeno en el estado y descontinuado sus planes para construir más estaciones. [82] En 2024 se informó que "la mayoría de las estaciones de hidrógeno en el sur de California están fuera de línea o funcionan con horarios reducidos" debido a la escasez de hidrógeno y al rendimiento poco confiable de la estación. [83]
Hawái abrió su primera estación de hidrógeno en Hickam en 2009. [84] [85] En 2012, Aloha Motor Company abrió una estación de hidrógeno en Honolulu . [86] Sin embargo , en abril de 2023, [actualizar]solo una estación de acceso público estaba en funcionamiento en Hawái. [57]
Michigan: En 2000, Ford Motor Company y Air Products & Chemicals abrieron la primera estación de hidrógeno de América del Norte en Dearborn, Michigan . [87] En noviembre de 2023, [actualizar]no había estaciones de acceso público en funcionamiento en Michigan. [57]
Oceanía
En 2021, se inauguró en Canberra la primera estación australiana de combustible de hidrógeno disponible al público , operada por ActewAGL . [88]
Diversas aplicaciones han permitido el desarrollo de diferentes escenarios de almacenamiento de H2. Recientemente, el consorcio Hy-Can [92] ha introducido un formato pequeño de un litro y 10 bares (1,0 MPa; 150 psi). Horizon Fuel Cells ahora vende un factor de forma de hidruro metálico recargable de 3 megapascales (30 bar; 440 psi) para uso del consumidor llamado HydroStik. [93]
Tanque totalmente compuesto y sin revestimiento. Composites Technology Development (Colorado, EE. UU.) construyó un prototipo de tanque para una aplicación satelital en 2010, aunque tenía una presión operativa de solo 200 psi y se usaba para almacenar argón. [96]
Prueba de estallido: la presión a la que estalla el tanque, normalmente más del doble de la presión de trabajo.
Presión de prueba: la presión a la que se ejecutará la prueba, normalmente por encima de la presión de trabajo.
Prueba de fuga o prueba de permeación, [97] en NmL/hr/L (litro normal de H2/tiempo en hr/volumen del tanque).
Prueba de fatiga , normalmente varios miles de ciclos de carga/vaciado.
Prueba de hoguera donde el tanque se expone a un fuego abierto.
Prueba de bala donde se dispara munición real al tanque.
Esta especificación fue reemplazada por la norma ISO 13985:2006 y solo se aplica a los tanques de hidrógeno líquido.
Norma vigente CE 79/2009
El Departamento de Energía de EE. UU. mantiene un sitio de mejores prácticas de seguridad del hidrógeno con mucha información sobre tanques y tuberías. [98] Observan secamente: "El hidrógeno es una molécula muy pequeña con baja viscosidad y, por lo tanto, propensa a fugas". [99]
Tanque de almacenamiento de hidruro metálico
hidruro de magnesio
Uso de magnesio [100] para el almacenamiento de hidrógeno , una tecnología de almacenamiento reversible segura pero pesada. Normalmente, los requisitos de presión se limitan a 10 bares (1,0 MPa; 150 psi). El proceso de carga genera calor, mientras que el proceso de descarga requerirá algo de calor para liberar el H2 contenido en el material de almacenamiento. Para activar este tipo de hidruros, en el estado actual de desarrollo es necesario alcanzar aproximadamente los 300 °C. [101] [102] [103]
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Mapa interactivo de estaciones de hidrógeno en Europa y el mundo.
Mapa interactivo de estaciones de hidrógeno en Europa y el mundo (incluye estaciones privadas)
H2Map.com Mapa de estaciones de servicio de hidrógeno en el Reino Unido
H2stations.org Mapa de estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo (GIS)
Mapa de la Asociación de Pilas de Combustible de California Mapa de estaciones de servicio de hidrógeno en California, con informes de estado en tiempo real
