Líneas de investigación

Generalmente, el proceso de reformación con vapor (steam reforming) implica dos reacciones: la descomposición de los hidrocarburos/alcoholes con vapor de agua para producir hidrógeno(1) y la posterior reacción del monóxido de carbono con agua (water gas shift, WGS)(2). Dado que los hidrocarburos/alcoholes empleados provienen de origen vegetal, el ciclo de CO₂ se puede considerar neutro, puesto que, los vegetales volverán a fijar este CO₂ para producir más sustratos. Otros procesos son la oxidación parcial y la reformación seca con CO₂, que ayuda a la descarbonización (3).

1. CnHm + nH2  -->  nCO + (n+m/2)H2

2. CO + H2O  --> CO2 + H2

3. CH4 + CO2 --> 2CO + 2H2

• Diseño, pruebas experimentales y caracterización de nuevos catalizadores y reactores catalíticos por aplicaciones industriales.

• Producción y separación simultánea de hidrógeno con reactores catalíticos de membrana.

• Modelización, análisis y optimización (DNS, LES, RANS), desarrollo de herramientas computacionales high fidelity, técnicas de modelado de orden reducido (reduced-order modelling) y estrategias de Data Science.

• Operación y control del reformador.

Electrólisis (Electrocatálisis)

El agua se descompone en H2 i O2 mediante la aplicación de corriente eléctrica a la celda electroquímica.

• Optimización del diseño de celda partiendo de estudios de conducción, flujos en medios porosos y difusión de especies. Evaluación de la transferencia de calor y pérdida de carga en los fenómenos de cambio de fase.

• Operación y control del electrolizador.

• Desarrollo y testeo de sistemas: pilas, electrodos (polvo metálico, polvo cerámico y recubrimientos), electrolitos cerámicos e interconectores. 

 Termólisis

Este proceso, también llamado ciclos termoquímicos (thermochemical cycles, thermochemical looping) se basa en series de reacciones químicas consecutivas donde la suma total mujer como resultado la separación del agua en H2 y O2, donde la máxima temperatura de trabajo tiene que ser inferior a la que requeriríamos para descomponer el agua mediante exclusivamente temperatura.

• Optimización del diseño del dispositivo en base en el estudio de conducción, convección y radiación en los receptores. Estudio de los fenómenos de transferencia de calor y de masa en los sólidos, en los medios porosos y en las reacciones cinéticas.

• Análisis termodinámicos de diferentes procesos con varias configuraciones de reactores químicos mediante catalizadores no estructurados y estructurados.

• Desarrollo de catalizadores.

Fotocatálisis

Se basa en la rotura de moléculas de agua mediante la acción de un fotocatalizador, que acelera la reacción química cuando se irradia con luz de una determinada longitud de onda.

• Diseño, pruebas experimentales, desarrollo y caracterización de nuevos fotocatalizadores por aplicaciones industriales en continuo utilizando fotoreactores para reacciones fotocatalíticas sólido-gas.

Fotoelectrocatálisis

Se basa en la combinación de la electrólisis y la fotoelectrocatálisis para la preparación de fotoelectrodos que, idealmente, puedan llevar a cabo la producción de O2 y H2 a partir de moléculas de agua aplicando un potencial muy inferior que los aplicados en la electrólisis convencional, gracias a la utilización de fotoánodo  y/o fotocátodos.

• Síntesis de nuevos materiales semiconductores que pueden ser empleados como fotoelectrodos.

Descomposición de amoníaco

El amoníaco se presenta como una opción interesante para almacenar H2, puesto que es un compuesto químico que licua a baja presión y tiene un elevado contenido de hidrógeno.

• Diseño, pruebas experimentales, desarrollo y caracterización de nuevos catalizadores por aplicaciones industriales y reactores estructurados.

Hidrógeno comprimido

• Análisis y simulación de los procesos de carga y descarga a altas presiones

• Estudio de la transferencia de calor y de masa en los procesos de carga y descarga

• Modelización, análisis y optimización (DNS, LES, RANS), desarrollo de herramientas computacionales high fidelity, técnicas de modelado de orden reducido (reduced-order modelling) y estrategias de Data Science.

• Análisis comparativo con otros métodos de almacenamiento.

• Desarrollo de los materiales y de la conformación de los cilindros a presión (Pressurised cylinder).

Almacenamiento en hidruros metálicos

• Estudio de las reacciones de adsorción superficial entre el hidrógeno y los elementos sólidos que sirven de acumuladores. Transferencia de calor y de masa.

• Estudio de la absorción de hidrógeno en hidruros metálicos. Estudio otros procesos de absorción volumétrica entre el hidrógeno y otros materiales que sirven de acumuladores.

• Formulación y análisis de modelos matemáticos de orden reducido para procesos de captura de hidrógeno en hidruros metálicos y su uso para la optimización del proceso de mejora y del diseño.

Licuefacción a muy bajas temperaturas

• Estudios comparativos y optimización del diseño con otros métodos de almacenamiento.

• Desarrollo de depósitos a presión y depósitos atmosféricos.

Transporte y distribución de hidrógeno a través de conductos

• Estudio de la degradación de los materiales de cañerías, bombas, etc.

• Desarrollo de gasoductos de acero (Steel pipeline).

Transporte y distribución de hidrógeno por carretera

• Desarrollo de los sistemas de almacenaje de depósitos y remolques de tubo (Tube trailers).

Pilas de combustible

• Optimización de la pila en base a estudios de transferencia de calor por conducción, flujos en medios porosos y difusión de las especies. Estudio de conducción, convección, reacción de los gases y fenómenos de cambio de fase del agua.

• Operación y control.

• Desarrollo y testeo de pilas de combustible y componentes (electrolitos, electrodos e interconectores).

Hidrógeno como fuente de calor

• Desarrollo de proyectos demostrativos en la industria siderúrgica, cementera, alimentación, etc.

• Optimización y diseño de la cámara de combustión de  H2 a través de los fenómenos de transferencia de calor y de masa en los procesos de la combustión, modelos de simulación de la reacción de las especies (frente de llama, turbulencia, llamas mezcladas y pre-mezcladas, etc.), en aplicaciones domésticas, industrial y transporte.

Emisiones del hidrógeno como combustible en motores de combustión

• Estudio de rendimientos y emisiones en la sustitución de combustibles ordinarios por hidrógeno.

• Control de la presencia de NOX y la formación de ácido nítrico en los escapes.

Hidrógeno para la producción de productos y combustibles sintéticos

El hidrógeno es una materia prima para la producción de productos y combustibles químicos sintéticos. El más interesante es aplicar el concepto de economía circular a estos procesos.

• Diseño de procesos para la generación de gas de síntesis.

• Desarrollo de catalizadores.

• Estudio de la metanación de CO2 y metanación a partir de syngas.

• Estudio de la generación de combustibles líquidos como el amoníaco.

Convertidores DC/DC por pilas de combustible, electrolizadores y onduladors por integración a red/funcionamiento en isla

• Diseño y construcción. Participación en pilotos y demostradores.

• Modelización y control digital de los elementos de electrónica de potencia.

• Fiabilidad y mantenimiento productivo.

Redes y microrredes de energía con hidrógeno y generación de electricidad renovable

• Planificación, integración y diseño de las redes, topología eléctrica y dimensionado de los elementos a nivel de microrredes.

• Planificación, integración y diseño de redes, topología eléctrica y dimensionado de los elementos nivel de TSO y DSO.

• Estudio de las particularidades de las fuentes off-shore wind.

• Operación y control.

• Algoritmos de gestión de la planificación en mercados de flexibilidad eléctrica del almacenamiento con hidrógeno.

Vehículos con pila de combustible

• Diseño del sistema de tracción. Diseño y control de motores y onduladores de tracción eléctrica.

• Diseño y control de los sistemas híbridos de tracción eléctrica.

• Desarrollo de la máquina de estados para la coordinación de los diferentes modas de conducción.

Integración del hidrógeno con el sector del agua y los residuos

• Estudio de la producción de hidrógeno azul en depuradoras: Recuperación del metano del biogás, upgrading y reformación.

• Estudio de la electrólisis a partir de diferentes tipos de agua (desalinizada, regenerada) y energías renovables.

• Estudio de nuevos procesos de producción de hidrógeno a partir de residuo

Economía y sostenibilidad del hidrógeno

• Optimización económica y ambiental de los sistemas de energía con hidrógeno, considerando restricciones legales, de comportamiento del consumo, y de previsión de generación.

Modelización dinámica y estimación de parámetros

• Obtención de modelos dinámicos y simulación de sistemas de energía con generación, almacenamiento y/o utilización de hidrógeno. Utilización de modelos basados en leyes físicas (lineales o no-lineales), modelos “data-driven” y combinaciones.

• Identificación y estimación de parámetros en línea y fuera de línea para sistemas de hidrógeno (electrolizadores, reformadores, pilas de combustible, sistemas de almacenamiento de hidrógeno).

Diagnosis y prognosis

• Diseño de sistemas de diagnosis de fallos, sistemas que determinen el estado de salud y sistemas de prognosis.

• Diseño de experimentos y caracterización experimental.

Sistema de control para electrolizadores, reformadores y pilas de combustible

• Diseño e implementación de controladores.

Gestión óptima de energía en sistemas híbridos y redes de energía con hidrógeno

• Diseño de algoritmos para la gestión óptima de los recursos, considerando costes y emisiones.

• Predicción (generación, consumos) y detección (ubicación de faltas, pérdidas) en sistemas eléctricos basada en Machine Learning.

Monitorización

• Creación de digital twins con herramientas de inteligencia artificial.

• Creación de SCADAs para sistemas y redes de hidrógeno.