ES2401016A1 - Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua y procedimiento asociado. - Google Patents

Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua y procedimiento asociado. Download PDF

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Abstract

Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, que comprende medios (1) para el suministro y envío de agua a un depósito (2), un depósito (2) de agua, un sistema (3) de descomposición de agua aplicado sobre el depósito (2), una pila de combustible (5), una batería recargable (4). Procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua donde se recoge y envía agua a un depósito (2) a través de medios (1), agua a la que se le aplica un sistema (3) para la descomposición en hidrógeno y oxígeno, accionando el sistema a través de una batería (4) recargable, y utilizando el hidrógeno obtenido para la alimentación de una pila de combustible (5) que genera electricidad para su uso en la aplicación en que se disponga, y reenviando parte de esta electricidad a una batería (4) recargable.

Description

Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua y procedimiento asociado.
Objeto de la invención
La presente invención trata de un dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua y procedimiento asociado, donde se recoge agua de lluvia u otros, dulce o salada, a través de un colector y se almacena para aplicarle un sistema de descomposición en hidrógeno y oxígeno, para utilizar dicho hidrógeno en una pila de combustible y obtener la energía eléctrica, con posibilidad de una pluralidad de aplicaciones.
Es un dispositivo limpio, si emisiones, donde se obtiene energía eléctrica a partir de agua preferentemente de lluvia, de modo que se consigue un sistema barato, sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, el sector energético mundial se encuentra basado en el consumo mayoritario de combustibles fósiles, alrededor del 80%, como petróleo, gas natural y carbón. El consumo de gran cantidad de combustibles fósiles lleva asociados varios problemas que se deben atajar de inmediato.
Por un lado, estos combustibles fósiles son fuentes de energía agotables, siendo el ritmo de consumo energético muy elevado. Por otro lado, al quemar dichos combustibles fósiles que contienen carbono, se está contribuyendo al aumento de gases llamados de “efecto invernadero” que provocan un aumento de la temperatura global del planeta, provocando grandes cambios en el clima mundial y haciéndolo cada vez más impredecible. De este modo, se registran alteraciones en lluvias, incrementos de desertificación, alteraciones en agricultura, descongelación de casquetes polares, inundaciones, etc.
Por tanto, ante este dilema energético y climático nos encontramos en la obligación de reducir el consumo global de combustibles fósiles, disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero y reservando dichas fuentes de energía agotables, pasando al consumo mayoritario de energías limpias y renovables.
Por otra parte, es un sistema que potencia la descentralización del sistema energético, donde cualquiera puede producir su propia electricidad a unos costos inferiores a cualquier otro sistema y vender la energía sobrante.
Se conocen en el estado de la técnica las pilas de combustible, que producen electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno. Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible de hidrógeno, son hidrógeno y oxígeno, en ánodo y cátodo respectivamente. Sin embargo, los costes de producción y almacenamiento del hidrógeno son elevados. Además, la mayor parte del hidrógeno que se consume procede del gas natural y del petróleo, de modo que no se elimina la dependencia de hidrocarburos ni las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.
Descripción de la invención
La invención que se propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta. Se trata de un dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua de lluvia, dulce o salada, y procedimiento asociado, de modo que no se consumen recursos energéticos fósiles, los costes de producción son mínimos y no se producen emisiones a la atmósfera.
El dispositivo propuesto comprende un colector para el agua de lluvia, un depósito de almacenamiento de la misma, un sistema de descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno, y una pila de combustible, así como una pequeña batería recargable para el arranque del dispositivo. El dispositivo de la invención utiliza el hidrógeno obtenido para la generación de energía eléctrica a través de la pila de combustible. Pero este hidrógeno no necesita almacenamiento, sino que directamente se transforma en energía eléctrica, evitando los problemas de almacenamiento asociados al hidrógeno. Además, al obtener dicho hidrógeno a partir de la descomposición de agua, no se generan gases contaminantes a la atmósfera.
El agua es un recurso natural cada vez más importante y también escaso en el entorno. Por tanto, con la instalación de un colector para el agua de lluvia y el aprovechamiento de agua de ducha se puede ahorrar hasta un 90% del consumo. El agua de lluvia, a pesar de no ser potable, dada que no se encuentra manipulada, contiene una concentración muy baja de contaminantes así como gran calidad. Así pues, es perfectamente utilizable para muchos usos domésticos, y en concreto en este caso, para su descomposición y utilización para la generación de energía eléctrica.
De este modo, el dispositivo de la invención comprenderá un colector donde se recogerá el agua de lluvia y se almacena en un depósito para su utilización posterior. En ocasiones en las que no se disponga de suficiente agua se podrá realizar un aporte extra a través de la red, priorizando en todo momento el agua de ducha y lluvia.
A esta agua se le aplica un sistema de descomposición para obtener hidrógeno y oxígeno. Se puede utilizar cualquier método que proporcione esta descomposición. El método preferentemente utilizado será la electrolisis super-eficiente, que consiste en romper la molécula de agua a base de impulsos eléctricos a frecuencias entre 10 y 15 Kiloherzios. El consumo del sistema es del orden de miliamperios, mientras la electrolisis tradicional tiene un consumo del orden de amperios. Esto nos da un régimen de eficiencia de más del 85%.
Otro sistema para la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno sería la utilización de la membrana MEA. Está constituido por un material capaz de separar el agua en hidrógeno y oxígeno en una reacción química. El proceso es similar al mecanismo que produce hidrógeno por reacción con hidruro de metal y agua. El MEA no hace uso de ningún catalizador especial, las cantidades de platino son similares a otros dispositivos similares. Además, funciona tanto con agua dulce como con salada.
También podría utilizarse la descomposición instantánea, que consiste en una aleación especial de metal que descompone espontáneamente el agua sin ningún gasto energético y sin causar cambios químicos en el dispositivo.
Una vez que se dispone del hidrógeno del agua, se hacen pasar a través de una pila de combustible que energía química del reactivo directamente en corriente eléctrica. La pila de combustible comprende un ánodo por donde pasa el hidrógeno y un cátodo por donde pasa el oxígeno. Como resultado de la reacción se producen electricidad y agua que puede volver a ser incluida en el procedimiento.
El procedimiento asociado al dispositivo pasa por recoger el agua, preferentemente de lluvia, aguas residuales y otras, en un depósito conectado a red, para el aporte extra de agua si fuese necesario. A esta agua del depósito se le aplica un sistema de descomposición para la obtención de hidrógeno que se utiliza para alimentar una pila de combustible que genera la electricidad. La ventaja de este procedimiento es que automáticamente se utiliza el hidrógeno generado, sin necesidad de los problemas de almacenamiento que lleva consigo el hidrógeno, además de utilizar agua reciclada siempre que sea posible, de modo que el consumo de recursos es mínimo, necesitando únicamente un pequeño aporte eléctrico para arrancar a través de una batería. Esta batería a su vez será recargada por la electricidad generada en la pila de combustible.
Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1.- muestra una vista esquemática del proceso de la invención, donde se observan los medios (1) para el envío y suministro de agua a un depósito (2), y la aplicación de un sistema (3) de descomposición a esta agua del depósito (2), produciendo hidrógeno utilizado para la generación de electricidad a través de una pila de combustible (5).
Realización preferente de la invención
La presente invención se centra en un dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua y procedimiento asociado, donde se aplica un sistema (3) de descomposición de agua en hidrógeno y oxígeno a un depósito (2) que obtiene dicho agua, dulce o salada, a través de la lluvia, aguas residuales recicladas y otras, y utilizando el hidrógeno obtenido en la alimentación de una pila de combustible (5) que genera la electricidad. Esta energía eléctrica puede utilizarse en una pluralidad de aplicaciones.
Es un dispositivo limpio, si emisiones, donde se obtiene energía eléctrica a partir de agua preferentemente de lluvia, de modo que se consigue un sistema barato, sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
El sistema que aquí se describe comprende medios (1) para el suministro y envío de agua a un depósito (2). Estos medios para suministro de agua serán preferentemente aquellos que sean menos costosos, reciclables, y no contaminantes. De este modo, en una realización preferente de la invención, el agua del depósito (2) se obtiene a partir de un colector que recogerá el agua de la lluvia. También los medios (1) puede ser aguas recicladas de la red de alcantarillado, proveniente de duchas, fregadores, etc., y todas aquellas aguas residuales que puedan volver a utilizarse, haciendo del dispositivo un sistema totalmente ecológico sin la utilización de nuevos recursos. Además de estos medios (1) para el llenado del depósito (2), dicho depósito está conectado también a la red de suministro, de modo que cuando no sea posible utilizar recursos reciclables, como agua de lluvia o residuales, pueda funcionar con agua de la red de abastecimiento.
Para la obtención del hidrógeno necesario para alimentar la pila de combustible (5) y a su vez producir la electricidad, se aplica a esta agua del depósito un sistema (3) para la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno, expulsando el oxígeno a la atmósfera y utilizando el hidrógeno para la pila de combustible (5). El sistema
(3) para la descomposición del agua utilizado será preferentemente la electrolisis super-eficiente, aunque también se puede aplicar el método de membrana MEA y la descomposición catalítica, habiendo obtenido los mejores resultados para el primero.
La ventaja de este sistema está, entre otras, en que no necesita almacenamiento de hidrógeno, pues tal y como se va obteniendo dicho hidrógeno se va alimentando la pila de combustible (5). Así, la energía eléctrica sobrante que no se utilice en la aplicación donde se use el dispositivo, puede cederse al sistema eléctrico.
Para iniciar el funcionamiento del sistema o arrancarlo se necesita un pequeño aporte de energía eléctrica inicial que se obtendrá a través de una batería (4) recargable, mientras que dicha batería (4) se encuentra conectado a la pila de combustible (5) para ser recargada posteriormente con la propia electricidad generada en el dispositivo.
En cuanto al procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua, las etapas pasan por recoger el agua en un depósito (2) a través de medios (1) para suministro y envío a dicho depósito (2), agua a la que se le aplica un sistema (3) para la descomposición en hidrógeno y oxígeno accionado a través de una batería (4) recargable, utilizando el hidrógeno para la alimentación de una pila de combustible (5) que genera electricidad para ser utilizada en la aplicación en que se disponga, reenviando parte de esta electricidad a una batería recargable (4), y pudiendo enviar la energía eléctrica sobrante al sistema eléctrico.
Del mismo modo que se ha comentado, la recogida y envío de agua al depósito se hará preferentemente a través de un colector que envíe agua de lluvia, o bien a través de aguas residuales como alcantarillado, desagües, etc. Además, el dispositivo se encuentra conectado a la red de suministro por si no pudiese utilizarse agua de lluvia ni ningún otro tipo de aguas recicladas.
Y también el sistema (1) de descomposición preferentemente empleado será la electrolisis super-eficiente, siendo posible utilizar cualquier otro medio apropiado que proporcione hidrógeno en las cantidades necesarias, como por ejemplo membrana MEA ó descomposición instantánea.
Una de las posibles aplicaciones de este dispositivo y procedimiento pueden ser por ejemplo al alumbrado público. De este modo, el coste de alumbrado sería cero, además de que podría ceder la energía eléctrica sobrante.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, caracterizado porque comprende
    medios (1) para el suministro y envío de agua a un depósito (2),
    un depósito (2) de agua,
    un sistema (3) de descomposición de agua aplicado sobre el depósito (2),
    una pila de combustible (5),
    una batería recargable (4).
  2. 2.- Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios (1) para el suministro y envío de agua al depósito (2) comprenden al menos un colector de agua de lluvia.
  3. 3.- Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicaciones, caracterizado porque el depósito (2) se encuentra conectado a al menos una red de alcantarillado.
  4. 4.- Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el depósito (2) se encuentra conectado a al menos una red de suministro.
  5. 5.- Dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema (3) para la descomposición del agua utilizado será la electrolisis super-eficiente.
  6. 6.- Procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua caracterizado porque se recoge y envía agua a un depósito (2) a través de medios (1), agua a la que se le aplica un sistema (3) para la descomposición en hidrógeno y oxígeno, accionando el sistema a través de una batería (4) recargable, y utilizando el hidrógeno obtenido para la alimentación de una pila de combustible (5) que genera electricidad para su uso en la aplicación en que se disponga, y reenviando parte de esta electricidad a una batería (4) recargable.
  7. 7.- Procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicación 6, caracterizado porque el agua del depósito (2) se recoge a través de al menos un colector de agua de lluvia.
  8. 8.- Procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque el agua del depósito (2) se recoge a través de la red de alcantarillado, aguas residuales, red de suministro y otros.
  9. 9.- Procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua, según reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la electricidad sobrante se envía al sistema eléctrico.
    4
    FIG. 1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201131572
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 29.09.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H02N11/00 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    ES 2294922 A1 (ALONSO POZA ROBERTO) 01.04.2008, 1-9
    página 4, líneas 9-20; figura 1.
    X
    DE 10015402 A1 (P & T TECHNOLOGY AG) 07.02.2002, 1-9
    Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE; Número de acceso: 2002-189103;
    figura 1.
    X
    US 7233079 B1 (COOPER WILLARD) 19.06.2007, 1-9
    columna 5, línea 56 – columna 6, línea 12; figura 4.
    X
    US 3484617 A (WINSEL AUGUST et al.) 16.12.1969, 1-9
    columna 3, líneas 3-18; figura 1.
    X
    US 2011081586 A1 (MCALISTER TECHNOLOGIES LLC) 07.04.2011, 1-9
    figura 1; reivindicación 1.
    X
    DE 102007042711 A1 (KARLSRUHE FORSCHZENT) 12.03.2009, 1-9
    figura 1, Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE;
    Número de acceso: 2009-F80832.
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 31.01.2013
    Examinador F. Jara Solera Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201131572
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H02N Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131572
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 31.01.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 5 1-4 y 6-9 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131572
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    ES 2294922 A1 (ALONSO POZA ROBERTO) 01.04.2008
    D02
    DE 10015402 A1 (P & T TECHNOLOGY AG) 07.02.2002
    D03
    US 7233079 B1 (COOPER WILLARD) 19.06.2007
    D04
    US 3484617 A (WINSEL AUGUST et al.) 16.12.1969
    D05
    US 2011081586 A1 (MCALISTER TECHNOLOGIES LLC) 07.04.2011
    D06
    DE 102007042711 A1 (KARLSRUHE FORSCHZENT) 12.03.2009
  10. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La invención consiste en un dispositivo y procedimiento para obtener energía eléctrica descomponiendo agua por electrolisis y almacenando el hidrógeno en una pila de combustible de la que se obtiene electricidad. En el documento D01 se describe un dispositivo para la producción de energía eléctrica a partir de agua que comprende un depósito de agua, un sistema de descomposición por electrolisis de agua aplicado sobre el depósito y una pila de combustible. Los medios para iniciar la electrolisis pueden ser cualquiera, por ejemplo una batería. Luego la reivindicación 1 no es nueva. También en los documentos D02 a D06 se describen procedimientos para obtener electricidad mediante la descomposición del agua por electrolisis y la posterior transformación del hidrógeno en electricidad mediante una pila de hidrógeno. Obtener agua de la lluvia, del alcantarillado o de la red de suministro son opciones evidentes para un experto en la materia, y además son mencionadas en algunos de los documentos D01 a D06. Luego las reivindicaciones 2 a 4 tampoco son nuevas. La electrolisis super-eficiente ya es conocida, y un experto en la materia la utilizaría en cualquiera de los dispositivos descritos en los documentos D01 a D06 para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Por tanto la reivindicación 5 no tiene actividad inventiva. El procedimiento para la producción de energía eléctrica a partir de agua a la que se le aplica un sistema para la descomposición en hidrógeno y oxígeno, utilizando el hidrógeno obtenido para la alimentación de una pila de combustible que genera electricidad está ya descrito en cualquiera de los documentos D01 a D06, por lo que la reivindicación 6 no es nueva. Un procedimiento como el de la reivindicación 6 en el que el agua se obtiene de diversas fuentes conocidas (lluvia, alcantarillado, red de suministro) está también descrito en los documentos D01 a D06, luego la reivindicaciones 7 y 8 no son nuevas. En los documentos D01 a D06 la electricidad sobrante del procedimiento de generación se envía al sistema eléctrico, por consiguiente la reivindicación 9 no es nueva. Conclusiones: A la vista del estado de la técnica, las reivindicaciones 1 a 4 y 6 a 9 no son nuevas, y la 5 carece de actividad inventiva en el sentido de los artículos 6.1 y 8.1 de la Ley 11/1986 de 20 de marzo, de patentes de invención y modelos de utilidad.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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