Hidrógeno (H2): Ciencia, tecnología y formulación de proyectos - aplicaciones prácticas
Si bien desde hace varias décadas se han hecho esfuerzos a nivel mundial para motivar el trabajo hacia la reducción del calentamiento global, de los cuales han surgido iniciativas tales como el Pacto de París y guías como los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), en los cuales se han propuesto metas para los diferentes países, incluidos Colombia y los vecinos Latinoamericanos, solamente en la actualidad a través de la denominada Transición Energética se está encontrando una estrategia efectiva que permita cumplir con las acciones de fondo que necesita la humanidad.
Puesto que los esfuerzos globales en curso no son suficientes, se requiere incrementar tanto la investigación como el desarrollo tecnológico y su aplicación industrial de forma masiva, para las diferentes FNCER (Fuentes no Convencionales de Energías Renovables), con el fin incrementar de manera acelerada la reducción de emisiones de Gases de Efecto Invernadero hacia la atmósfera. Una de estas corresponde al hidrógeno (H2) cuyas bondades ya están demostrada a partir de sus propiedades energéticas, pero que aún requiere de un gran trabajo para llegar a niveles eficientes de producción, almacenamiento, transporte, distribución y aplicación.
Por lo anterior, la Universidad de los Andes ha desarrollado el presente programa con el fin de irrigar los conocimientos de la Cadena de Valor del hidrógeno e incentivar la gestación de proyectos que aporten a alcanzar las metas establecidas a nivel colombiano con extensión a los países de LATAM.
Dirigido a
Académicos, investigadores, empresarios, directivos y profesionales interesados en aprender de los procesos que conforman la cadena de valor del hidrógeno.
Objetivos
El curso apunta a que los participantes adquieran conocimientos generales que les permitirán, con base en elementos técnicos y económicos claves, la valoración justa y sustentada del papel protagónico del hidrógeno en la transición energética mundial, considerando sus características, usos, singular flexibilidad y limitaciones.
Metodología
Sesiones teórico – prácticas. El curso se abordará a partir de la definición y caracterización del hidrógeno hasta la discusión de políticas relacionadas, aspectos económicos y relación beneficio-costo de los diversos sistemas para la producción y uso del hidrógeno como vector energético y como materia prima para la obtención de otros combustibles y productos químicos. Para asegurar la adquisición de conocimientos por parte de los estudiantes se manejará un caso de la Cadena de Valor del hidrógeno, que tomará elementos de los diferentes capítulos del curso.
Contenido
CIENCIA DEL HIDRÓGENO
Se presentarán los principales aspectos que definen el elemento químico llamado hidrógeno, los cuales incluyen: qué es el hidrógeno, cuáles son las propiedades del hidrógeno, dónde se encuentra el hidrógeno en la naturaleza, por qué se considera una fuente de energía renovable y la ubicación del hidrógeno en diagramas de densidad energética con sus implicaciones.
REGULACIÓN Y POLÍTICAS COLOMBIANAS
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.
HIDRÓGENO VERDE
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.
CONVERSION BIOQUÍMICA, TERMOQUÍMICA Y REFORMADO DE METANO
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
FORMULACIÓN DE PROYECTOS 1
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
FORMULACIÓN DE PROYECTOS 2
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
ESTRATEGIAS DE ALMACENAMIENTO, APLICACIONES Y CAPTURA DE CARBONO (CCUS)
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
CADENA DE VALOR
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 de la 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.
TRANSPORTE: ESTUDIO DE CASO
- Flota de buses de hidrógeno para el modelo de alimentadores de Transmilenio
- 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.
PROSPECTIVA Y PROYECTOS PRÁCTICOS EN CHILE
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.
OPCIONES PARA COLOMBIA Y LATAM
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.
Profesores
Condiciones
Eventualmente la Universidad puede verse obligada, por causas de fuerza mayor a cambiar sus profesores o cancelar el programa. En este caso el participante podrá optar por la devolución de su dinero o reinvertirlo en otro curso de Educación Continua que se ofrezca en ese momento, asumiendo la diferencia si la hubiere.
La apertura y desarrollo del programa estará sujeto al número de inscritos. El Departamento/Facultad (Unidad académica que ofrece el curso) de la Universidad de los Andes se reserva el derecho de admisión dependiendo del perfil académico de los aspirantes.
