Los electrolitos Cummins impulsan la primera estación de reabastecimiento de hidrógeno de su tipo

El puerto de Amberes, Bélgica, será el hogar de la primera estación de reabastecimiento de hidrógeno del mundo capaz de suministrar hidrógeno verde directamente a barcos, automóviles, camiones y clientes industriales. La estación, construida por CMB. TECH, utilizará el Cummins HyLYZER®-250, un electrozador PEM de 1,2 MW, para producir hidrógeno en el lugar. CMB. TECH es la división Cleantech de CMB. La compañía es un activo Desarrollador e integrador de soluciones de hidrógeno con un enfoque en ingeniería, producción de hidrógeno, aplicaciones industriales y marinas.
 
Ubicada en una casa portuaria entre la ciudad y el puerto, la estación de abastecimiento de combustible está perfectamente posicionada para ofrecer aplicaciones industriales y barcos en el puerto con hidrógeno y ser fácilmente accesible para el público en general. Cummins Inc. ya ha suministrado electrolitos para más de 60 estaciones de abastecimiento de hidrógeno en todo el mundo, lo que brinda generación de hidrógeno en el lugar a través de electrólisis. Un solo sistema de electroelectrógeno de 1 MW puede generar más de 400 kg de hidrógeno al día en pureza a nivel de célula de combustible, lo suficiente para alimentar a 16 camiones de carga de hasta 600 millas (más de 950 km) cada uno. Estos sistemas ya se han escalado con éxito a más de 20 MW.

Cuando los electrolitos son impulsados por fuentes de energía renovables como el viento, el solar o la hidroeléctrica, el hidrógeno es totalmente de color verde, con cero emisiones de carbono de pozo a volante.

Durante años, Cummins se ha centrado en soluciones que usan materiales y tecnologías que tienen menos impacto en el planeta para brindar valor y prosperidad a nuestros clientes y comunidades. En 2019, la compañía publicó PLANET 2050, un ambicioso plan que incluye objetivos basados en la ciencia alineados con los acuerdos climáticos de París y un objetivo que sea neutro en carbono por 2050.

Las estaciones de reabastecimiento de hidrógeno accesibles son una parte fundamental del proceso de reducción de emisiones, ya que hacen que el transporte impulsado por hidrógeno sea una opción realista. Cummins ve a gobiernos de todo el mundo apoyando la adopción de tecnologías de hidrógeno de diferentes maneras y cree que todas las políticas deben alentar el respaldo de infraestructura.

La infraestructura es necesaria para garantizar que los sistemas de Cummins puedan respaldar la adopción de la tecnología de hidrógeno y de pilas de combustible en todo el país. La inversión gubernamental en infraestructura envía una señal fuerte a la industria de que esta transición está sucediendo y crea más certeza para las inversiones.

En Amberes, el reabastecimiento de combustible es rápido y sencillo (se dispensa en 700 bares para coches y 350 bares para autobuses y camiones). Además de la estación de abastecimiento de combustible, el sitio también contendrá dos muelles de remolque que pueden usarse para transportar el exceso de hidrógeno ecológico para actividades industriales y de reabastecimiento en otros lugares. Ya está bien en marcha, la estación de reabastecimiento de combustible estará abierta para los clientes en 2021.
 

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Edificio de oficinas de Cummins

Cummins Inc.

Cummins es un líder mundial en energía que diseña, fabrica, vende y ofrece servicios de diésel y motores de combustible alternativo de 2,8 a 95 litros, diésel y grupos electrógenos eléctricos con combustibles alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, además de componentes y tecnología relacionados. Cummins atiende a sus clientes a través de su red de 600 instalaciones de distribuidores independientes y propiedad de la compañía y más de 7, 200 centros de distribuidores en más de 190 países y territorios.

¿Qué es una pila de combustible?

Las células de combustible son una tecnología clave para liberar nuestro futuro neutral en carbono

Las pilas de combustible no son nuevas. De hecho, la primera referencia a las células de combustible de hidrógeno aparece en 1838 en el número de diciembre de la revista filosófica de Londres y Edimburgo y Journal of Science . Casi 200 años después, el mundo está reconociendo las células de combustible como una tecnología clave para liberar un futuro neutral en cuanto al carbono.

Esto es lo que son, cómo funcionan y dos tipos de células de combustible en las que Cummins está invirtiendo.

¿Qué es una pila de combustible en términos simples?

Al igual que las baterías, las pilas de combustible son convertidores de energía, usan una reacción electroquímica para tomar la energía química almacenada en una fuente de combustible y convertirla en electricidad. A diferencia de las baterías, que contienen un suministro fijo de energía, las pilas de combustible no requieren recarga. Siempre que se suministre combustible continuamente a la célula de combustible, se producirá electricidad, agua y calor.

¿Cómo funciona una célula de combustible?

Una pila de combustible se compone de dos electrodos y una membrana electroelectrolítica. Los electrodos se denominan cátodo y un ánodo, y emparedan la membrana electrolito entre ellos. Dentro de ese sistema, se producen una serie de reacciones químicas para separar los electrones de las moléculas de combustible para crear energía.

El combustible, típicamente hidrógeno, se alimenta en el ánodo de un lado mientras que el oxígeno se alimenta al cátodo por el otro. En el ánodo, las moléculas de combustible de hidrógeno se separan en protones y electrones que viajarán por diferentes caminos hacia el cátodo. Los electrones atraviesan el circuito eléctrico, lo que crea el flujo de electricidad. Los protones viajan a través del electrolito al cátodo. Una vez en el cátodo, las moléculas de oxígeno reaccionan con los electrones y con los protones para crear moléculas de agua.

Una pila de combustible es una fuente de energía limpia con los únicos subproductos que son la electricidad (energía), el calor y el agua. Una sola célula de combustible solo produce unos pocos vatios de energía; por lo tanto, varias pilas de combustible se pueden apilar juntas para crear una pila de pilas de combustible. Cuando se combina en pilas, la salida de las células de combustible puede variar considerablemente, desde unos pocos kilovatios de potencia hasta instalaciones de múltiples megavatios.

¿Qué combustibles se pueden usar en las pilas de combustible?

Las pilas de combustible ofrecen flexibilidad en el tipo de combustible que se puede utilizar. Si bien el hidrógeno es la fuente de combustible más común para las células de combustible (de ahí el nombre común, las células de combustible de hidrógeno), los combustibles ricos en hidrógeno, como el gas natural y el amoníaco, también son fuentes de combustible viables.

hidrógeno: Cuando se fabrica con electricidad renovable, como el solar, el viento y la hidroenergía, el hidrógeno es completamente descarbonizado y produce cero emisiones. Las células de combustible de hidrógeno (es decir, las células de combustible que son alimentadas por hidrógeno) producen energía, calor y agua y liberan dióxido de carbono u otros contaminantes en el aire.

gas natural: A medida que la producción generalizada de hidrógeno verde sigue en curso, el gas natural es actualmente el combustible más usado para alimentar las células de combustible. En este caso, las pilas de combustible no son completamente libres de emisiones, pero sí ofrecen emisiones significativamente más bajas que otros combustibles, como el petróleo y el carbón.

amoníaco: El amoníaco se usa más en la agricultura como fertilizante. Sin embargo, en los últimos años, varias compañías han estado trabajando para desarrollar de amoníaco ecológico. El amoníaco verde está hecho con hidrógeno que proviene de electrólisis de agua alimentada por energía alternativa, lo que lo convierte en otra opción para un combustible con bajo contenido de carbono.

¿En qué tipos de celdas de combustible invierte Cummins?

Hay seis tipos de células de combustible que están en desarrollo, cada una clasificada principalmente por el tipo de electrolito que emplean. Cada tipo de célula de combustible tiene sus propias ventajas, limitaciones y posibles aplicaciones. De los seis, Cummins ha reconocido el potencial en dos tipos de células de combustible: células de combustible de membrana de intercambio de protones y células de combustible de óxido sólido , y ha invertido en el avance de sus tecnologías y su aplicación.

células de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM): También conocido como células de combustible de membrana electroelectrolítica de polímero, este tipo de pila de combustible utiliza un electrolito de polímero y funciona a temperaturas más bajas de alrededor de 80 grados centígrados. Las células de combustible PEM son más adecuadas para aplicaciones de energía móvil y de respaldo debido a su densidad de alta potencia y sus capacidades de arranque rápido.

células de combustible de óxido sólido (SOFCs): Los SOFCs usan un compuesto cerámico duro y no poroso como su electrolito y operan a altas temperaturas, hasta 1, 000 grados Celsius. Este tipo de célula de combustible es la más adecuada para aplicaciones estacionarias porque es altamente eficiente y flexible en cuanto a combustible. Además, el calor residual puede ser aprovechado y reutilizado para aumentar la eficiencia general del sistema.

¿Por qué invertir en pilas de combustible?

Ya son líderes en electrolitos PEM que producen hidrógeno verde a través de la electrólisis, estamos trabajando para hacer que el hidrógeno verde esté más disponible para su uso futuro en pilas de combustible. Cummins recibió una subvención del Departamento de energía de los EE. UU. para el avance de SOFCs y ha visto que nuestras células de combustible respaldan con éxito el funcionamiento de los vehículos eléctricos de la batería.

Las células de combustible pueden antepdar el comienzo de Cummins, pero no perdemos tiempo en descubrir cómo hacer avanzar su tecnología para crear un futuro con cero emisiones.

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Video de estudio de caso: Electrolizador HyLYZER® PEM de Cummins en Bécancour, Quebec

El HyLYZER de Cummins en Bécancour, Quebec, Canadá, es el electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) más grande en funcionamiento en el mundo. Un nuevo estudio de caso en video resalta las innovadoras capacidades de producción de hidrógeno ecológico de la instalación, lo que lo convierte en un faro para un futuro con cero emisiones de carbono.

Mire a continuación:

Este sistema de electrolitos de 20 MW, encargado en enero e instalado en el centro de producción de hidrógeno de Air Liquide en Quebec, cuenta con tecnología líder en la industria, incluidos cuatro patines de electrolisis compactos y presurizados que se instalan dentro del edificio existente. Los sistemas son modulares y escalables, perfectos para aplicaciones de servicios públicos a gran escala.

A través de una rampa progresiva, el sistema HyLYZER de Cummins ahora está en pleno funcionamiento y puede producir hasta 8,2 toneladas de hidrógeno con bajo contenido de carbono al día, o casi 3, 000 toneladas de hidrógeno al año. Está alimentado por la red eléctrica de la región, que es abastecida en gran parte por energía hidroeléctrica renovable. Esto significa que el hidrógeno producido en la planta es "verde" y casi totalmente libre de carbono.

A través de esta producción de hidrógeno ecológico, la instalación está previniendo aproximadamente 27, 000 toneladas de emisiones de CO2 por año. Esto equivale a tomar 10, 000 autos alimentados por combustibles fósiles fuera de la carretera.

Desde su puesta en marcha, el sistema en Bécancour ha incrementado la capacidad de producción de hidrógeno de Air Liquide en un 50%, lo que les permite responder a la creciente demanda de combustible con bajo contenido de carbono en el mercado norteamericano para fines industriales y de movilidad.

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En Esslingen, Alemania, se inaugura una sección urbana construida con energía renovable

Los electrolizadores de Cummins alimentan con energía un distrito urbano con clima neutro

En todo el mundo hay barrios urbanos renombrados-ciudades dentro de ciudades que capturan los corazones de los viajeros con su rica historia y arquitectura. Nueva Orleans tiene el histórico barrio francés, Cuba tiene nueva Habana y ahora Esslingen, Alemania, tiene el primer trimestre del mundo, en gran parte urbana, neutral en cuanto al clima, impulsado por los electrolizadores Cummins.

Este barrio urbano es considerado un proyecto "Faro", un proyecto de pequeña escala pero de gran imagen que servirá como modelo, o faro, para proyectos similares en el futuro. Desarrollado por científicos en Esslingen y Stuttgart y financiado por el Ministerio Federal de economía y tecnología de Alemania y el Ministerio Federal de educación e investigación, este proyecto Lighthouse combina la tecnología del hidrógeno y el sistema fotovoltanico para crear un centro de energía que conecta completamente todos los aspectos de la infraestructura con la vida urbana cotidiana.

Nombrado Neue Weststadt (que se traduce en New West Town), el nuevo trimestre se abre en un espacio de 100, 000 metros cuadrados con más de 450 apartamentos, edificios de oficinas y espacios comerciales. Un cuarto de la ciudad de este calibre nunca se ha intentado antes y es un hito histórico para una vida neutral en cuanto al clima. Han pasado tres años en la fabricación de transformar un antiguo astillero de carga en el futuro modelo para centros urbanos cercanos a cero emisiones.

Para hacer posible la neutralidad de Weststadt y del clima, el trimestre necesitaba integrar la tecnología de hidrógeno solar para su uso en el desarrollo urbano para lograr un suministro de energía que debería causar emisiones perjudiciales para el clima y reducir el consumo de energía sin reducir el confort de vida.

Levantar el Cummins HySTAT® 100-10 en el centro de energía subterránea
Levantar el Cummins HySTAT® 100-10 en el centro de energía subterránea | © Green hydrogen Esslingen GmbH

Impulsando el corazón de Esslingen

La energía fotovoltaica (PV) es la raíz del suministro de energía renovable del trimestre. Los sistemas fotovoltaicos se componen de uno o más paneles solares combinados con un inversor y hardware eléctrico y mecánico adicional para aprovechar la energía del sol para generar electricidad. Estos paneles se colocan en los tejados de los edificios de New Weststadt y trabajarán en conjunto con el corazón del centro de energía de los cuartos, los electróelectrozadores Cummins.

Esta instalación de nuestros electrolizadores, encargada en mayo, fue única desde el principio. El HySTAT® 100-10 se usa típicamente para proyectos de Electrostatos en interiores, pero para New Weststadt, instalamos los dos sistemas de electroelectrótizadores en el sótano inferior del Energy Center. Esto requería elementos de diseño únicos para la zonificación de hidrógeno, el acceso al sótano y la instalación de la línea de ventilación fuera del sótano para cumplir con las normas de seguridad. Cummins se adaptó a estos desafíos y fue capaz de instalar los sistemas de electroelectrómetro en el sótano antes del cierre del techo del sótano.

Pila de Electrómetro Cummins
Pila de Electrómetro Cummins | © Maximilian Kamps, Agency Blumberg GmbH

El Energy Center se encuentra en el centro de New Weststadt y fue construido como una estructura subterránea para cumplir con los requisitos de planificación urbana. Los dos electrolitos HySTAT® 100-10 tienen utilidades en patines separados (aire de instrumento, osmosis inversa). Están integrados con la gestión del calor para recuperar el calor excesivo del proceso de electrólisis y con la gestión eléctrica para regular la producción de H2 de la energía fotovoltaica.

Tomando el excedente de energía renovable de los sistemas fotovoltaicos y de la generación suprarregional, los electrolitos crearán hidrógeno verde a través de la electrólisis. El exceso de calor generado por el proceso de electrólisis es capturado y puesto de nuevo en la fuente de energía, mientras que el H2 verde se almacena para su uso posterior de acuerdo con las demandas energéticas del trimestre.

Conexión de energía, calor, enfriamiento y movilidad

La conexión de la cuarta parte del sector de la electricidad, la calefacción, la refrigeración y la movilidad se combinan a nivel local. La infraestructura de enlace cruzado cubre la demanda de calefacción y agua caliente en los edificios y proporciona energía de enfriamiento en el verano a través de sistemas de enfriamiento de absorción.

La energía almacenada del proceso de electrólisis se puede convertir rápida y fácilmente en electricidad en las plantas de calor y energía combinadas. El hidrógeno producido también se alimentará con la red de gas natural del trimestre para contribuir a la descarbonización del sector del gas. También hay planes futuros para construir una estación de llenado H2 y una estación de suministro de red a gas en el lugar.

El suministro de energía vinculado es importante para un desarrollo urbano sostenible y a largo plazo. Se proyecta que este distrito climático producirá 85 toneladas de hidrógeno por año. Una parte de ese hidrógeno se almacenará para usarla como energía para el trimestre, mientras que el resto se cargará en tráilers de hidrógeno y se transportará a los clientes del sector de transporte industrial o público en Alemania.

Cada aspecto de este trimestre casi neutral con respecto al clima fue diseñado para funcionar como un sistema holístico a través del Energy Center y ser monitoreado usando una red de información digital y un sistema de gestión de energía (EMS). El EMS tiene como objetivo aumentar el autosuministro de energía renovable localizada, a la vez que interactúa con la red de energía del trimestre de manera eficiente energéticamente y minimiza las emisiones de CO2.

Un plan para el futuro de la vida neutral con el clima

El primero de los edificios de apartamentos se completó dos años antes de la inauguración oficial de Neue Weststadt, y los residentes ya han comenzado a vivir en sus nuevas casas con clima neutro.

Se está rediseñando el transporte público local para reemplazar los autobuses diésel existentes por autobuses híbridos eléctricos, se está instalando una gama más amplia de estaciones de carga públicas y semi-públicas para vehículos eléctricos y se están preparando preparativos para una segunda expansión para construir una estación de llenado H2.

Una vista aérea muestra los fotovoltaicos instalados en los tejados de los edificios Neue Weststadt | Nw_Luftbild_Innenhof-Bela
Una vista aérea muestra los fotovoltaicos instalados en los tejados de los edificios Neue Weststadt | © Maximilian Kamps, Agency Blumberg GmbH

El proyecto Klimaquartier Neue Weststadt se convirtió en un barrio urbano verdaderamente único y ahora es un faro y un plano para los futuros barrios urbanos neutrales con respecto al clima. Su inauguración oficial el 22 de junio fue solo el comienzo, y nos entusiasma ver cómo una comunidad construida con energía renovable indudablemente influirá en el futuro de la vida neutral con respecto al clima.

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Katherine de guia

Especialista en comunicaciones-nueva potencia

Las 5 razones principales por las que el hidrógeno tiene un lugar en el futuro del ferrocarril

La foto es cortesía de Alstrom

Cummins Inc. es la única compañía en el mundo que impulsa los trenes de hidrógeno en operación comercial. En 2016, Cummins se asoció con el cliente Alstom, un fabricante francés de equipos ferroviarios, para diseñar, suministrar e integrar la solución de células de combustible de hidrógeno en sus trenes Coradia iLint. Los trenes entraron en servicio comercial en 2018 y pueden transportar hasta 150 pasajeros sentados y 150 pasajeros de pie. Comenzarán a operar a fines de este año a través de 2022 en Baja Sajonia, y hay interés de otros Estados federales alemanes y otros países europeos de usar los trenes para pistas no electrificadas.

Si bien muchos conceptos de propulsión alternativos todavía están en fase de desarrollo e investigación, el hidrógeno para la aplicación ferroviaria ya está aquí. ¿Por qué el hidrógeno ha estado por delante de la curva? En honor a los 2021 que se nombran el año europeo del ferrocarril, aquí hay cinco grandes razones por las que el hidrógeno tiene un lugar en el futuro de la industria ferroviaria.

  1. Los trenes impulsados por hidrógeno tienen cero emisiones en el punto de uso. La energía necesaria para los sistemas del tren se suministra a través de una célula de combustible, que genera energía al combinar el hidrógeno almacenado en el techo del tren con el oxígeno en el aire. No hay emisiones de dióxido de carbono en este proceso. También son eficientes: las células de combustible son hasta tres veces más eficientes que los motores de combustión interna.
  2. Los trenes de hidrógeno se pueden desplegar en cualquier lugar y reintegrarse en trenes y líneas existentes. La mayoría de las líneas en Europa y los EE. UU., en particular las líneas rurales y las líneas con poca demanda de los consumidores, aún no se han convertido para transportar trenes eléctricos. Los trenes de hidrógeno representan una alternativa rentable que no sacrifica la eficiencia ni las emisiones. Pueden funcionar simplemente en infraestructura ferroviaria existente sin el alto costo de agregar electrificación. Las soluciones de celdas de combustible de Cummins son flexibles y escalables en su configuración y pueden personalizarse para adaptarse a las necesidades de los clientes de manera óptima.
  3. Los trenes con célula de combustible de hidrógeno tienen un rango excepcionalmente largo de hasta 1000 kilómetros a una velocidad máxima de 140 km/h entre repostaje, diez veces más lejos que los trenes eléctricos alimentados por batería. Y el reabastecimiento de combustible es rápido: los trenes impulsados por hidrógeno pueden funcionar durante 18 o más horas después de menos de 20 minutos de reabastecimiento de combustible.
  4. Las pilas de combustible son rentables y de bajo mantenimiento. El costo total de propiedad de la vida útil ya es comparable para los trenes que se ejecutan en líneas de diésel o electrificadas, según un informe de la consultora Roland Berger. Hay una vida útil larga en comparación con la electrificación, y las reparaciones a menudo son tan simples como intercambiar un componente de plug-in por otro.
  5. Los trenes impulsados por hidrógeno son silenciosos y cómodos. El hidrógeno ofrece una experiencia de conducción suave y emite bajos niveles de ruido debido a que el escape es solo vapor y agua condensada. Esto es especialmente importante en áreas urbanas donde la contaminación acústica es un problema.

Para respaldar la continua expansión de los sistemas de combustible de hidrógeno, Cummins recientemente anunció la ruptura de un nuevo centro en Herten Germany para respaldar la producción de sistemas de pilas de combustible para que los cientos de trenes de hidrógeno estén en servicio durante los próximos años en Europa con Alstom. Actualmente, el centro está priorizando el montaje de los sistemas de pilas de combustible, a la vez que trabaja activamente en los planes de expansión para respaldar la renovación de pila de pilas de combustible.

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Catherine Morgenstern-Cummins Inc.

Catherine Morgenstern

Catherine Morgenstern es una periodista de la marca para Cummins, que cubre temas como la propulsión alternativa, la digitalización, la innovación en fabricación, la autonomía, la sostenibilidad y las tendencias en el lugar de trabajo. Tiene más de 20 años de experiencia en comunicaciones corporativas, ocupando posiciones de liderazgo más recientemente dentro del sector de bienes de capital industrial.

Catherine comenzó su carrera como escritora de mercadeo para una compañía de biotecnología, donde aprendió a tomar información complicada y altamente técnica y hacerla accesible a todo el mundo. Cree que el concepto de "narración de cuentos" es más que una palabra de moda y le encanta encontrar maneras para que sus lectores hagan conexiones personales con sus súbditos. Catherine tiene pasión por la tecnología y la innovación y por cómo su intersección puede tener un impacto en todas nuestras vidas.

Catherine recientemente regresó a su ciudad natal en el valle de Hudson, Nueva York luego de varias décadas en los Ángeles y Chicago. Se graduó de UCLA y disfruta de la jardinería y de pasar tiempo con su esposo y sus tres hijos.

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