Hidrógeno (H2): Ciencia, tecnología y formulación de proyectos - aplicaciones prácticas

1. CIENCIA DEL HIDRÓGENO (2 HORAS):

2. REGULACIÓN Y POLÍTICAS COLOMBIANAS (2 HORAS):

El gobierno colombiano, con el ánimo de continuar incentivando el desarrollo de energías limpias y con ello la descarbonización del medio ambiente, ha incluido el hidrógeno dentro de las denominadas Fuentes no Convencionales de Energías Renovables (FNCER). Por lo anterior se presentarán los elementos principales de la Ley 1715 de 2014, del Plan de Desarrollo Nacional Ley 1955 de 2019 en su artículo 296, la Ley de Transición Energética 2099 de 2021 y la Hoja de Ruta del hidrógeno divulgada el 30 de septiembre del 2021.

3. HIDRÓGENO VERDE (4 HORAS TEÓRICO-PRÁCTICAS)

PARTE TEÓRICA:

Aborda la conversión electroquímica (electrólisis) con energía eólica y/o solar: principios fundamentales, diversidad de opciones de celdas para la obtención de hidrógeno a partir de agua, conversión teórica, requerimiento energético, relación energía producida/energía consumida y diagrama de flujo general del proceso.
En la práctica, se buscará modelar cómo cambia la tasa de producción de hidrógeno cambiando el valor del voltaje de la fuente. Se mostrará la diferencia de tener una fuente constante e intermitente (fotovoltaico). El experimento consistirá en variar el voltaje de entrada al electrolizador, registrando el cambio en la corriente y a su vez registrando el cambio en la producción de hidrógeno. Dado que lo que se medirá es el volumen de hidrógeno acumulado producido hasta el momento de la toma del dato, para analizar el cambio en la taza, es importante hallar la derivada para realizar el análisis en el cambio de la tasa de producción. Se plantea tener 4-5 voltajes para realizar la experimentación y realizar tomas durante 20 min cada 2 min, teniendo datos suficientes para realizar una gráfica donde se observe el comportamiento del sistema. Se recomienda realizar mediciones de temperatura ambiente y del dispositivo y mantener constante la fuente de agua para todas las mediciones con el fin de controlar parámetros que pueden afectar el desempeño del electrolizador. Se mostrará las diferentes capas del electrizador mediante un modelo 3D hecho en inventor para que los estudiantes se pueden familiarizarse con ello. Se plantea terminar con un quiz.

4. CONVERSIÓN BIOQUÍMICA, TERMOQUÍMICA Y REFORMADO DE METANO (2 HORAS):

Procesos de digestión aeróbica y anaeróbica: principios fundamentales, conversión teórica, requerimiento energético, relación energía producida/energía consumida y diagrama de flujo general del proceso. Hidrógeno azul. Procesos de gasificación y pirólisis, principios fundamentales, conversión teórica, requerimiento energético, relación energía producida/energía consumida y diagrama de flujo general del proceso. Conversión catalítica de metano, principios fundamentales, conversión teórica, requerimiento energético, relación energía producida/energía consumida y diagrama de flujo general del proceso.

5. FORMULACIÓN DE PROYECTOS 1 (2 HORAS):

Se entregarán las herramientas básicas para transformar Iniciativas a Casos de Negocio, los cuales permitan tanto la aprobación como el inicio de proyectos dentro de la cadena de valor del hidrógeno, factor relevante para que las empresas privadas, así como para las entidades gubernamentales, sin descartar los centros de investigación y las mismas universidades, se sumen al desarrollo de esta nueva tendencia y aporten al cumplimiento de las estrategias de estas organizaciones.

6. FORMULACIÓN DE PROYECTOS 2 (2 HORAS)

Se entregarán las herramientas básicas para transformar Iniciativas a Casos de Negocio, los cuales permitan tanto la aprobación como el inicio de proyectos dentro de la cadena de valor del hidrógeno, factor relevante para que las empresas privadas, así como para las entidades gubernamentales, sin descartar los centros de investigación y las mismas universidades, se sumen al desarrollo de esta nueva tendencia y aporten al cumplimiento de las estrategias de estas organizaciones

7. ESTRATEGIAS DE ALMACENAMIENTO, APLICACIONES Y CAPTURA DE CARBONO (CCUS) (2 HORAS):

Cavernas de sal, hidrógeno presurizado, producción de amoníaco, producción de CH4 (metano), almacenamiento en estado sólido y CH3OH (metanol). Celdas de hidrógeno: principios fundamentales, conversión teórica, producción energética. Combustión: principios fundamentales, conversión teórica, producción energética. Comparación celda de hidrógeno vs. combustión, ventajas y desventajas.

8. CADENA DE VALOR (4 HORAS):

Se expondrán los componentes de la cadena de valor del hidrógeno, empezando por las materias primas (Agua, Hidrocarburos, Carbón, Biomasa), pasando por los procesos de Producción, Almacenamiento, Transporte y Distribución, para finalizar en las diferentes aplicaciones del hidrógeno, tales como: insumo para la refinación de hidrocarburos; combustible al ser combinado con gas natural; insumo para las industrias de acero, cemento y fertilizantes, entre otras; celdas de hidrógeno para movilidad de diferentes tipos de transporte; y Generación de Electricidad. Se incluye la cadena de valor del Amoniaco, compuesto de hidrógeno y nitrógeno, factor importante para la expansión dela industria del hidrógeno. También se revisará el subproceso denominado Captura de Carbono Utilización y Almacenamiento (CCUS por sus siglas en inglés), indispensable para lograr hidrógeno puro cuando se produce a partir de Hidrocarburos y Carbón, entre otras fuentes contaminantes. Adicionalmente, se presentarán los elementos centrales para que se cumpla con el principio de obtener hidrógeno de bajas emisiones (verde o azul) durante la aplicación de los procesos de la cadena de valor del hidrógeno, entre las cuales se destacan las energías limpias como insumo para las industrias del hidrógeno y la economía circular aplicada al aprovechamiento del Carbono Capturado. Se enseñarán las reglas de dedo gordo (paramétricos de costos) de las principales tecnologías de la cadena de valor del hidrógeno.

9. TRANSPORTE:

Estudio de caso (asincrónico con artículo UK Australia y luego explicación 2 horas): Flota de buses de hidrógeno para el modelo de alimentadores de Transmilenio (1 hora, asincrónica). Transporte de carga. Se entregará un artículo de estudio de caso que debe ser leído antes de esta sesión, para que en ella se respondan preguntas y se lleve una discusión con los 3 profesores.

10. PROSPECTIVA Y PROYECTOS PRÁCTICOS EN CHILE (3 HORAS):

Con base en las tendencias de desarrollo de la Cadena de Valor del hidrógeno a nivel mundial, sumado a los casos específicos de Nueva Zelanda, Canadá y Chile, como muestra de las políticas previstas en los continentes Europeo y Americano, se presentan los principales elementos a tener en cuenta por parte de los entes investigadores, la academia, las empresas de base industrial y los emprendedores en sectores asociados a las energías renovables, para incentivar el desarrollo de proyectos basados en hidrógeno. Esto incluye la identificación del mercado a nivel global tanto desde la oferta como desde la demanda, la presentación de los apalancadores de la industria del hidrógeno, las inversiones previstas para los niveles de producción proyectados y las tarifas por kilogramo de hidrógeno por las diferentes regiones productoras.

Con base tanto en el nivel de desarrollo de las diferentes tecnologías disponibles a nivel mundial, teniendo en cuenta sus correspondientes costos, sumado a la realidad del entorno Colombiano, el cual está enmarcado por la Ruta del hidrógeno definida por el gobierno nacional y considerando las necesidades de hidrógeno de las industrias colombianas, se plantearán posibles alternativas de implementación de los procesos de la cadena de valor, iniciando por los que tengan mayores beneficios tanto para el estado como para los empresarios, considerando variables como oportunidad, economía y protección al medio ambiente. Entre estas, a manera de ejemplo, se presentarán, la Producción en Sitio del hidrógeno verde o azul en industrias medianas y la Captura de Carbono e inyección en subsuelo para presionar yacimientos petroleros.