GUNT-H2SKILLS
Hidrógeno verde: competencias para la formación del futuro
La cadena de valor del hidrógeno en la industria
Con el fin de producir hidrógeno verde, el agua purificada se descompone en hidrógeno y oxígeno en un electrolizador a través de energías renovables. La calidad del agua viene determinada por las especificaciones del electrolizador.
Con objeto de proteger los posteriores procesos, primero se purifica el hidrógeno producido. A continuación, se transporta a los consumidores finales. Para aumentar la densidad energética, el hidrógeno se puede transformar en amoníaco verde.
En el consumo final, el hidrógeno y sus derivados se utilizan principalmente como materia prima en el ámbito industrial, como combustible para el transporte, como fuente de energía eléctrica y para la calefacción.
La gama de equipos GUNT para el desarrollo de H2SKILLS
Para la producción de hidrógeno GUNT dispone tres electrolizadores que cubren diferentes escalas y procesos de electrólisis:
- desde lo fundamental hasta la escala industrial
- un electrolizador con membrana de intercambio aniónico (AEM)
- dos electrolizadores con membrana de intercambio protónico (PEM)
Con los equipos de GUNT, los aprendices pueden familiarizarse con los distintos procesos de purificación del hidrógeno ,algunos de los cuales se utilizan para producir nitrógeno para la transformación. Se enseñan los fundamentos del transporte a través de tuberías con un booster de gas.
» información adicional
Como consumidor final, GUNT dispone de sistemas de pilas de combustible con membrana de intercambio protónico. Se muestran su funcionamiento y estructura, y se analizan las relaciones entre los parámetros de funcionamiento.
» información adicionalET 280 Electrolizador AEM con accesorios
ET 278 Fundamentos del circuito H2 (PEM)
ET 282 Electrolizador industrial (PEM)
CE 585 Proceso de purificación del agua
CE 530 Ósmosis inversa
CE 300 Intercambio iónico
CE 540 Secado del aire por adsorción
CE 545 N2 - Adsorción por cambio
de presión
CE 550 N2 - Proceso de separación
mediante membrana
MT 220 Estación de montaje:
booster de gas
ET 292 Sistema de pila combustible
Vista general de los productos
| Código de producto GUNT | Upstream: producción de H2 |
Midstream: purificación, transformación, transporte | Downstream: consumo final |
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| » ET 278 |
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| » ET 282 |
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| » CE 585 |
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| » CE 530 |
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| » CE 300 |
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| » CE 540 |
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| » CE 545 |
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| » CE 550 |
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| » ET 292 |
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1. Producción de H2
Producción de hidrógeno mediante electrólisis AEM con energía renovable
Mediante la membrana de intercambio aniónico (AEM: Anion Exchange Membrane), el electrolizador AEM se divide en dos semiceldas. En la semicelda del ánodo circula una solución acuosa de hidróxido de potasio como electrolito, que empapa la membrana. En la semicelda del cátodo no hay líquido.
El agua atraviesa la membrana y se reduce en el cátodo.
4H2O + 4e–→ 4OH– + 2H2
El hidrógeno generado se escapa, mientras que los iones hidróxido regresan a la semicélula del ánodo. En el ánodo se genera oxígeno y agua.
4OH–→ 2H2O + O2 + 4e–
Para desarrollar experimentalmente la producción de hidrógeno verde en toda su extensión, GUNT ofrece un sistema compuesto por componentes de prueba coordinados entre sí:
- Módulos fotovoltaicos ET 255.02 y Central eólica ET 255.04 como fuentes de energía renovables
- Sistema energético ET 255 para un autoconsumo optimizado mediante el uso de almacenamiento con un sistema de gestión energética
- Electrolizador (AEM) ET 280 para la producción de hidrógeno
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ET 255.01 Simulador fotovoltaico |
- simulación de las curvas características de corriente/tensión de módulos fotovoltaicos
- especificación controlada por tiempo de perfiles de generación y consumo
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ET 255.02 Módulos fotovoltaicos |
- bastidor móvil pivotante con 4 módulos fotovoltaicos, ángulo de inclinación ajustable
- sensores para la temperatura y la iluminancia de los módulos
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ET 255.04 Central eólica |
ET 255.04 sirve como fuente adicional de energía renovable.
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un interruptor de parada de emergencia como dispositivo de seguridad |
ET 255 Sistema energético para energía fotovoltaica y eólica
ET 255 contiene todos los componentes necesarios interconectados de un sistema energético.
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caja de conexión del generador con seccionador de corriente continua y protección contra sobretensión como dispositivo de seguridad |
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regulador de carga con optimización de la potencia (seguidor MPP) |
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acumulador de litio-ferro fosfato con sistema de gestión de la batería |
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inversor, a la red / en isla |
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contador de electricidad bidireccional con interfaz de comunicación |
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conexión a la red |
ET 280 Electrolizador modular para H2 (AEM)
ET 280 contiene un electrolizador con una pila compuesta por varias celdas conectadas en serie con diseño bipolar.
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sistema de ósmosis inversa para la purificación del agua |
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electrolizador refrigerado por aire con membrana de intercambio aniónico (AEM), pilas de electrólisis con 24 celdas |
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quemador de gas para quemar el hidrógeno producido |
En la electrólisis PEM, la membrana de intercambio de protones (PEM: Proton Exchange Membrane) actúa como electrolito que permite la conducción iónica. 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- Los iones de hidrógeno atraviesan la membrana y reaccionan con los electrones en el cátodo para formar hidrógeno. 4H+ + 4e- → 2H2
Producción de hidrógeno mediante electrólisis PEM: desde lo fundamental hasta la escala industrial
El agua fluye por el lado del ánodo. En el ánodo, el agua se oxida en oxígeno, electrones libres e iones de hidrógeno.
ET 278 Fundamentos del circuito H2 (PEM)
El banco de ensayos ET 278 contiene todos los componentes necesarios para investigar la conversión de energía eléctrica en hidrógeno y la conversión inversa en un circuito.
- circuito completo del hidrógeno
- electrolizador PEM para la producción de hidrógeno
- purificación del hidrógeno en componentes transparentes
- pila de combustible PEM para el consumo directo de hidrógeno
- registro de la potencia eléctrica, el caudal volumétrico y la presión con balance energético
- control de la instalación mediante PLC integrado con pantalla táctil
ET 282 Electrolizador industrial para H2 (PEM)
El banco de ensayos ET 282 contiene todos los componentes necesarios para investigar la producción de hidrógeno a escala industrial. Las fases típicas del proceso se dividen en: purificación del agua, producción de hidrógeno, así como purificación y almacenamiento de hidrógeno.
- potente electrolizador de 5 kW PEM para la producción de hidrógeno
- purificación del agua en un circuito de agua cerrado
- control permanente del envejecimiento de las celdas
- tres procesos para la purificación de hidrógeno
- registro del caudal, la temperatura y la presión del hidrógeno
- control digital de la instalación y registro de datos a través de un sistema de control de procesos con software GUNT
Purificación del agua
- circuito de agua cerrado
- depósito con dispositivo de calefacción para precalentar el agua
- intercambiador de iones para ajustar la conductividad
- análisis continuo de la conductividad
PEM-Electrolizador
- pilas de electrólisis con 18 celdas
- membrana recubierta (CCM – Catalyst Coated Membrane) con catalizador con mayor carga de platino
- supervisión de las tensiones de las células individuales en la pila para el mantenimiento preventivo
- posibilidad de purga con nitrógeno a través de una conexión separada para trabajos de mantenimiento, entre otras cosas
Secado del H2
- separador de gotas para la separación previa del agua
- sección de refrigeración con filtro coalescente conectado a continuación
- eliminación de la humedad residual mediante dos adsorbedores en funcionamiento alterno
Procesos de purificación de agua para electrólisis
CE 585 Proceso de purificación del agua
- purificación del agua bruta a escala industria
- familiarización con los procesos básicos más importantes para la purificación del agua: aireación, filtración, adsorción, intercambio iónico y desinfección
- realización de los trabajos de mantenimiento
CE 530 Ósmosis inversa
Para producir hidrógeno mediante electrólisis se necesita agua purificada. La calidad del agua viene determinada por las especificaciones del electrolizador. Para alcanzar este nivel de calidad del agua es necesario someterla a una purificación de ósmosis inversa. El CE 530 permite comprender el principio básico de la ósmosis inversa mediante un proceso de separación por membrana.
- montaje, limpieza y conservación de módulos de membrana
- principio básico de la ósmosis inversa, ley de Van’t Hoff
- determinación del coeficiente de difusión
CE 300 Intercambio iónico
En la purificación de aguas, los intercambiadores iónicos se usan predominantemente para la desalinización y el ablandamiento.
- ablandamiento y desalinización de agua por intercambio iónico
- regeneración de intercambiadores iónicos
- intercambiador catiónico y aniónico
- verificación del tiempo de regeneración teórico calculado
- registro continuo de la conductividad y del caudal
2. Purificación, transformación, transporte
Purificación de H2 para transporte y consumo final, separación de gases para procesos de transformación
El secado por adsorción desempeña un papel decisivo en la purificación del hidrógeno procedente de la electrólisis para evitar que la humedad dañe los procesos posteriores.
CE 540 Secado del aire por adsorción
El CE 540 utiliza aire húmedo para demostrar el secado de gases mediante adsorción.
- proceso continuo con regeneración del adsorbente
- columnas transparentes y adsorbente con indicador para observar la zona de transferencia de materia
» información adicional
En la tecnología del hidrógeno, la adsorción por cambio de presión se utiliza para purificar el hidrógeno y también para producir nitrógeno para la síntesis de amoníaco como proceso de transformación.
CE 545 N2 - Adsorción por cambio de presión
El principio de adsorción por cambio de presión (PSA) se utiliza en el CE 545 para producir nitrógeno a partir del aire.
- etapas del proceso de adsorción por cambio de presión: adsorción, ruptura, desorción, regeneración
- dos columnas de lecho fijo de funcionamiento alterno para la adsorción y regeneración paralelas
» información adicional
Los procesos de separación por membranas se utilizan para purificar el hidrógeno y producir nitrógeno mediante la separación de gases. El nitrógeno a partir del aire se utiliza para transformar el hidrógeno en amoníaco verde.
CE 550 N2 - Proceso de separación mediante membrana
El CE 550 demuestra claramente la separación de gases con membranas de fibra hueca según el principio de permeación selectiva.
- generar nitrógeno a partir del aire
- proceso bajo mantenimiento
- módulo de membrana industrial
- fibra hueca SEPURAN® N2
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Compresión y transporte en tuberías
MT 220 Estación de montaje: booster de gas en la tecnología del hidrógeno
La estación de montaje MT 220 contiene un booster de gas industrial del sector de la tecnología del hidrógeno que se instala en una sección de tubo con diferentes robineterías. Los alumnos realizan el montaje de tuberías por sí mismos según las especificaciones. Para los ensayos se utiliza aire comprimido como fluido de accionamiento y de funcionamiento.
- montaje orientado a la práctica de tuberías y robineterías en la tecnología del hidrógeno
- booster de gas de una etapa con accionamiento neumático
- prueba de estanqueidad real y trabajos de mantenimiento
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MT 141 Kit de montaje: compresor de émbolo con el equipo de ensayo MT 142
- Montaje y desmontaje de un compresor de émbolo
- familiarización con el principio de funcionamiento y el procedimiento de ensayo
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CE 810 Booster de gas en la tecnología del hidrógeno
- principio de funcionamiento de un amplificador de presión de gas de una etapa con accionamiento neumático por pistón
- dispositivo de alta presión industrial
CE 815 Componentes para la tecnología del hidrógeno
- componentes industriales de alta presión
- modelos de componentes típicos
3. Consumo final
Consumo de hidrógeno de una pila de combustible PEM
Las pilas de combustible convierten directamente la energía química en energía eléctrica, a diferencia de los motores térmicos. El calor se genera como producto secundario.
En el ánodo, el hidrógeno se divide en protones y electrones:
2H2 → 4H+ + 4e−
Los protones atraviesan la membrana hacia el cátodo, mientras los electrones circulan por el circuito externo y producen energía eléctrica. En el cátodo, protones, electrones y oxígeno reaccionan para formar agua:
O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O
Reacción global de la pila PEM:
2H2 + O2 → 2H2O + energía eléctrica + energía térmica
ET 292 Sistema de pila combustible
Un componente fundamental del ET 292 es la membrana polimérica con una pila de electrólisis con 30 celdas, que funciona en cogeneración. El sistema es alimentado en el lado negativo con hidrógeno de extrema pureza, procedente de un depósito de gas a presión, y en el lado positivo con oxígeno del aire ambiente. La pila combustible funciona mediante una carga electrónica integrada por corriente o potencia.
- función y construcción de un sistema de pila combustible
- relaciones de los parámetros de funcionamiento de las pilas combustibles
- influencias en la potencia eléctrica de las pilas combustibles
- registro y visualización de todas las curvas características de tensión y corriente
- cálculo de variables características relevantes
» información adicional
ET 278 Fundamentos del circuito H2 (PEM)
ET 278 ilustra, además de la producción y la purificación, el consumo final en el circuito del hidrógeno mediante la conversión del hidrógeno de nuevo en agua y energía eléctrica.
- pila de combustible PEM y lámpara halógena como consumidor eléctrico
- circuito completo del hidrógeno
- registro de la potencia eléctrica, el caudal volumétrico y la presión con balance energético
- control de la instalación mediante PLC integrado con pantalla táctil
Descarga
