ES2609978A1 - Sistema de electrolisis para la producción de hidrógeno, oxigeno y energía eléctrica a partir de energías renovables (solar y eólica) y de agua de mar desalada - Google Patents

Sistema de electrolisis para la producción de hidrógeno, oxigeno y energía eléctrica a partir de energías renovables (solar y eólica) y de agua de mar desalada Download PDF

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Abstract

Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos. Que entra dentro del sector de la electroquímica. La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica, basado en el aprovechamiento de las energías renovables llevada a la desaladora y los electrolizadores que producen el hidrógeno y el oxígeno de tal forma que la producción es dirigida a unos compresores que a su vez dirigen esta producción a unos depósitos que soportan la presión a la cual son almacenados para su distribución y comercialización. O bien, en todo caso, se lleva el hidrógeno a una célula de combustible para su transformación en energía eléctrica y mediante un inversor se transforma en corriente alterna para ser entregada a la red eléctrica. Así se tratará de que cuando, por algún motivo, no se pueda almacenar el hidrógeno y el oxígeno producidos se puedan dirigir a la pila de combustible que la transforme en energía eléctrica a la parte sobrante de la producción del hidrógeno.

Description

Sistema de electrolisis para la producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables (solar y eólica) y de agua de mar desalada.
Explicación
Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos como hipoclorito sódico, hidróxido sódico, ácido nítrico, u otros. A efectos de facilitar la electrolisis. Sector electroquímica industrial.
Estando basado en el aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica y de la energía eólica que suministran la energía renovable al conjunto de baterías, la desaladora o al electrolizador. Ver en apartado Dibujos la Figura 1.
El electrolizador lleva dos electrodos, como cátodo y ánodo que pueden ser de acero inoxidable, aluminio, níquel, molibdeno o cualquier otro metal en el seno de una mezcla de agua de mar desalada y diversos componentes químicos para la optimización de la electrolisis.
La electrolisis es llevada a cabo a partir de las energías renovables y una mezcla de agua de mar que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, lo cual hace que la energía consumida de la red y los residuos producidos sean prácticamente nulos.
El proceso de electrolisis produce en el cátodo vapores de hidrógeno que son recogidos por un compresor y son enviados al depósito de hidrógeno a la presión correspondiente. Este proceso de electrolisis produce también en el ánodo vapores de oxígeno que son recogidos por un segundo compresor y son enviados al depósito de oxígeno a la presión correspondiente.
El sistema se caracteriza porque desarrolla un proceso de electrolisis mediante el uso básico de electrodo negativo para el acero inoxidable y de electrodo positivo para el aluminio u otros metales, produciendo la combinación del electrolito con el agua desalada mezclada con el ácido nítrico, cloruro sódico, hipoclorito sódico, hidróxido sódico u otros similares equivalentes, el hidrógeno y el oxígeno.
El sistema se caracteriza porque cuenta con unos primeros medios para la realización de la electro lisis, consistentes en un depósito de unos 50 m3 de agua de mar desalada. Unos segundos medios consistentes en una bomba de impulsión para el trasvase del agua de mar hasta el depósito principal y de aquí a la desaladora.
El depósito dispondrá de una boya con un mecanismo de cierre -apertura que impida el paso del agua cuando se llene al nivel deseado.
El sistema se caracteriza porque cuenta con un cargador que va a una o dos baterías de 120 voltios o más o cualquier otro conjunto de baterías equivalente que es recargable mediante energías renovables (solar u eólica) para la conexión de los dos electrodos que provocarán la reacción del electrolito formado por la mezcla de agua desalada marina con el ácido nítrico u otros similares equivalentes dentro del depósito del electrolizador. Y posee un inversor de corriente que toma la corriente en continua y la transforma en alterna para poder así pasarla a la red eléctrica.
El Sistema se caracteriza porque las energías renovables utilizadas son la solar y la eólica con posibilidad también de la energía eléctrica auto generada ya que todas ellas son complementarias para el Proceso.
El Sistema se caracteriza porque la desalación de la que se habla se desarrolla en un doble proceso de desalado. Esta doble desalación favorece la pureza del agua para la electrólisis. Y al ser más pura el agua esto hará que se produzca más cantidad de H2 y O2 en los electrodos.
El Sistema se caracteriza porque los electrodos utilizados, en la electrolisis tienen una forma especial que es la rectangular (fig. 3) con la finalidad de conseguir la máxima superficie en la cuba electrolítica (fig. 2).
El Sistema se caracteriza porque esta forma rectangular de los electrodos permite construir con ellos una especie de peines con las placas y darles una separación aproximada de unos 10 cm entre placas (fig. 4).
El sistema se caracteriza porque se incluyen también en el Proceso, unas grandes baterías acumuladoras de energía, que favorecen el desarrollo continuo del mismo y mantiene a los electrolizadores en constante funcionamiento sin cortes de energía.
El sistema se caracteriza también porque al no haber destilación, no se emplearán las baterías de filtros especiales ni la cantidad de filtros requeridos para ello. Lo cual hace mucho más económicas y sencillas las operaciones del proceso.
El sistema se caracteriza porque al obtenerse más cantidad de H2 yO2 la amortización de los equipos se llevará a cabo en más corto espacio de tiempo.
El sistema se caracteriza porque al acortarse el tiempo de amortización se rentabilizará todo el proceso.
Todo lo cual hará el proceso Sostenible técnica y económicamente hablando.
Campo de aplicación industrial
En la presente memoria se describe un sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, y que puede ser de aplicación general, de aplicación en el uso casero, y también de aplicación en la industria de la automoción, de la ferroviaria, de la náutica, de la aviación, y de otras diversas industrias en general.
Antecedentes de la invención
Uno de los grandes problemas que encontramos a la hora de proceder con sistemas de producción para obtener el hidrógeno y oxígeno es el enorme coste que suponen las instalaciones para lograr dicho objetivo.
Ya que es muy elevado el costo de los métodos del reforming y craking que se emplean actualmente para la obtención del hidrógeno.
Con la finalidad de aportar una solución a un problema tan importante y de tanta repercusión, desde el punto de vista económico, está ideado y desarrollado este Sistema para la producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica mediante la utilización de energías renovables (solar y eólica) y una mezcla de agua de mar desalada y diversos componentes químicos, llevado a cabo en un electrolizador, para la obtención en el proceso, de los resultados deseados del hidrógeno procedente del agua marina desalada, con la ventaja añadida de obtener además con ello el oxígeno como producto añadido.
Las principales ventajas que aporta este Sistema para la producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica mediante la utilización de energías renovables (solar y eólica) y una mezcla de agua de mar desalada y diversos componentes químicos, son los siguientes:
1º.-Bajo costo en el proceso electrolítico, ya que las materias primas usadas son el agua
de mar desalada y las energías renovables para la producción del hidrógeno y
oxígeno.
2º.-El consumo de energía es el procedente de las energías renovables.
3º.-Una vez amortizadas las instalaciones será muy viable económicamente la producción del hidrógeno y oxígeno que se podrán utilizar en sectores industriales como la automoción, el ferroviario, la náutica, la aviación, y de otras diversas industrias en general.
Descripción de los dibujos
La figura 1, refleja el proceso de la electrólisis en tres fases diferenciadas.
La primera fase, compuesta por los parques eólico y solar que generan la energía que irá a parar a un conjunto de baterías. El depósito de agua de mar será bombeado a una que va a una caldera que ejecuta la desalación.
En una segunda fase esta agua será bombeada al depósito donde se ejecuta la electrólisis. Aquí se generará el hidrógeno y oxígeno.
En una tercera fase cada gas, uno independiente del otro, serán comprimidos y llevados a sus respectivos tanques de almacenamiento. O bien a la pila de combustible que generará energía eléctrica para la red.
En la figura 2, se muestra en perspectiva la cuba electrolítica con varias placas de electrodos.
En la figura 3, se muestra la placa base de lo que es el electrodo.
En la figura 4, se muestran el conjunto de electrodos que forman parte del peine de electrodos.
Documentos relevantes
•
Folletos sobre hidrógeno de Iberdrola.
•
Es. wikipedia.org/wiki/Hidrógeno
•
www.lenntech.com/espanL/tabla-peiodica/H.htm
•
aeh2.org
•
www.motordehidrogeno.net
•
www.hidrogeno.org

Claims (20)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, que se caracteriza porque desarrolla un proceso de electrolisis mediante el uso básico de electrodo negativo para el acero inoxidable u otros metales y de electrodo positivo para el aluminio u otros metales, produciendo la combinación del electrolito y el agua marina que una vez desalada es mezclada con el ácido nítrico, cloruro sódico, hipoclorito sódico, hidróxido sódico u otros similares equivalentes.
  2. 2.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque desarrolla el resultado de un proceso de electro lisis que produce en el cátodo vapores de hidrógeno que son recogidos por un compresor y son enviados al depósito de hidrógeno a la presión correspondiente.
  3. 3.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque desarrolla el resultado de un proceso de electrolisis que produce en el ánodo vapores de oxígeno que son recogidos por un segundo compresor y son enviados al depósito de oxígeno a la presión correspondiente.
  4. 4.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con un electrodo de acero inoxidable que se conecta al polo negativo de la batería y con el otro electrodo de aluminio o de cualquier otro metal que se conecta al polo positivo de la batería
  5. 5.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera. que se caracteriza porque cuenta con la utilización como elemento básico y fundamental de electrodos de acero inoxidable conectados al polo negativo de la corriente continua producida por la batería para la reacción del electro lito y como consecuencia de ello la producción de hidrógeno y oxígeno del agua de mar desalada
  6. 6.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de electrodos de aluminio conectados al polo positivo de la corriente continua producida por la batería para la reacción del electrolito y como consecuencia de ello la producción de hidrógeno y oxígeno del agua de mar desalada.
  7. 7.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de electrodos de níquel conectados al polo negativo de la corriente continua producida por la batería para la reacción del electrolito y como consecuencia de ello la producción de hidrógeno y oxígeno del agua de mar desalada.
  8. 8.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de electrodos de molibdeno conectados al polo negativo de la corriente continua producida por la batería para la reacción del electrolito y como consecuencia de ello la producción de hidrógeno y oxígeno del agua de mar desalada.
  9. 9.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de electrodos de cualquier metal conectados al polo positivo o negativo de la corriente continua producida por la batería para la reacción del electrolito y como consecuencia de ello la producción de hidrógeno y oxígeno del agua de mar.
  10. 10.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de una composición de agua desalada marina, mezclada con una proporción de cloruro sódico u otros similares equivalentes para la formación del electrolito.
  11. 11.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de una composición de agua desalada marina, mezclada con una proporción de hipoclorito sódico u otros similares equivalentes para la formación del electrolito.
  12. 12.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de una composición de agua desalada marina, mezclada con una proporción de hidróxido sódico u otros similares equivalentes para la formación del electrolito.
  13. 13.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con la utilización de una composición de agua desalada marina, mezclada con una proporción de ácido nítrico u otros similares equivalentes para la formación del electrolito.
  14. 14.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con unos primeros medios para la realización de la electrolisis, consistentes en un depósito de unos 50m3 de agua de mar desalada.
  15. 15.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con unos segundos medios consistentes en una bomba de impulsión para el trasvase del agua de mar hasta el depósito principal y de aquí a la desatadora.
  16. 16.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque el depósito dispondrá de una boya con un mecanismo de cierre -apertura que impida el paso del agua cuando se llene al nivel deseado el depósito citado, según reivindicación
  17. 14.
  18. 17.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con un cargador que va a una o dos baterías de 120 voltios o más o cualquier otro conjunto de baterías equivalente que es recargable mediante energías renovables (solar u eólica) para la conexión de los dos electrodos que provocaran la reacción del electrolito formado por la mezcla de agua desalada marina con el ácido nítrico u otros similares equivalentes dentro del depósito del electrolizador.
  19. 18.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque cuenta con una pila de combustible que será el elemento a utilizar para el caso de que no se desee el almacenamiento de hidrógeno y solo se quiera la conversión de este en energía eléctrica.
  20. 19.
    Sistema de producción de hidrógeno, oxígeno y energía eléctrica a partir de energías renovables y una mezcla de agua marina que una vez desalada se mezcla con diversos componentes químicos, según reivindicación primera, que se caracteriza porque posee un inversor de corriente que toma la corriente en continua y la transforma en alterna para poder así pasarla a la red eléctrica.
    ESQUEMA DE ELECTROLISIS
    H20
    L-....___~COMPRESOR
    CONSUMO ~__....L.-_---I!~ PILA DE COMBUSTIBLE

    Figura 1
    .t: .
    . i
    i !
    I
    . \
    l.
    ;
    . ;
    -I I
    ,
    CUBAELE~pLITICA.
    Figura 2 .
    o
    , ,
    PLACA ELECI'RODO


    Figura 3
    I
    ~ " ,;...:
    I
    , I , I
    , \
    " '"
    I
    ' ~
    1-,":
    I ;'
    o', •
    ~
    iI'""
    .'
    /
    p'EINE E;LECTRODOS

    Figura 4
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