[Orador 3]: So the next challenge is how do you store hydrogen?
Hydrogen is a problem because the molecule of hydrogen is so small that it's very
easy to have leaks with hydrogen.
And the Department of Energy had set some goals.
And these were the initial goals for the program.
Being able to store hydrogen under these conditions of a specific volume, these are
kilograms of hydrogen per square meter, and this specific weight
Y si liquidas el hidrógeno, esto es lo que obtienes.
Tu peso específico es muy bueno, tu volumen específico es muy bueno.
Así que el hidrógeno líquido, en realidad, puedes poner mucha energía almacenada en
el hidrógeno líquido.
Por eso es tan atractivo.
Mira el diésel y el gasolina.
Si alguien te pregunta, ¿por qué usamos diésel y gasolina para la transportación?
right there.
When you look at the specific volume and the specific weight, nothing beats diesel
and gasoline.
This is the reason why we use internal combustion engines.
The amount of energy stored in these fuels is incredible.
I mean, this is not an accident.
The reason why we depend on fossil fuels and we use diesel in particular is that
El volumen específico y el peso específico son muy buenos.
Hay mucha energía almacenada en esos combustibles.
Y puedes almacenarlos en una cantidad relativamente pequeña.
Obviamente, las cosas que derrotan los combustibles fósiles son el poder nuclear.
Con una pequeña cantidad de uranio, probablemente puedas derrotar esto.
Pero esta es la razón por la que para la transportación usamos diésel y gasolina.
Este peso específico y los valores específicos son remarcables.
So one of the goals of the program, the Department of Energy program, was to being
able to store hydrogen in a way that at least will get up here, still be short of
the liquid condition.
And there are some concepts.
For example, there's something called metal hydrides that can store hydrogen
inside the crystalline lattice of the material.
And there's a lot of work with these systems.
You can use carbon nanotubes.
para almacenar hidrógeno.
Hay muchos intereses en usar los tubos de carbono como forma de almacenar hidrógeno.
Puedes almacenar hidrógeno a alta presión.
Ahora, la presión no va a ser alta suficiente para liquefiarlo, pero esto es
lo que la mayoría de la gente hace hoy en día.
Tienes estos tanques, y voy a mostrarte esos tanques en un minuto.
Estos tanques son hechos con materiales compósitos y pueden sostener una presión
bastante alta.
Y luego el objetivo, y en realidad este objetivo se hizo, fue aumentar más la
presión.
Habíamos hablado de 10.000 PSI de presión.
Y tendrás que usar materiales compósitos para poder superar estos presos muy altos.
De hecho, déjame mostrarte... Vamos a volver aquí en un momento.
Déjame mostrarte... Porque esto se conecta con la conversación que tuvimos ayer sobre
los compósitos.
So, these are the slides that show how people are building tanks to store
hydrogen, okay?
Do you remember the conversation yesterday about composite materials?
Somebody asked, you know, the robot with the fibers and all that.
Sorry, guys, you missed that one yesterday, but we talked about how to make
composites.
You look at these cylinders.
You see this orientation.
Somebody mentioned the bending problem that you may have with the tanks.
This takes care of the bending and then on top of this you're going to have fibers
going in the circumferential direction.
Those fibers are going to take care of the hoop stresses that are going to exist when
you have pressure recession.
This is the dome.
las capas del tubo, pero todo se trata de fibras de carbono.
Y este proceso se llama filamento de filamento, donde se pueden hacer estos
tanques bastante grandes.
Todo es automático, es un arma robótica que aplica las fibras, de nuevo, en
condiciones prescribidas.
Alguien se sentó en un computador y calculó los estreses y dijo, tenemos que
poner fibras en los cero grados, 45 grados, 30 grados.
Estos son más detallados.
Puedes ver cómo las fibras se rodean.
Y luego la idea es que cada automóvil va a tener uno de estos tanques para almacenar
hidrógeno a 10.000 PSI.
Ahora, eso no te lleva a donde realmente querríamos estar.
Cuando compresas hidrógeno, tienes un peso muy específico, tu volumen específico es
relativamente bajo, y el consenso es que para llegar a estos valores, requerirá
mucha ciencia.
Y hay mucho trabajo tratando de mirar este enfoque de estado sólido para almacenar
hidrógeno, y esto es probablemente el...
Así que aún no hemos llegado allí, pero esto será importante para el futuro,
porque cada carro tendrá que almacenar hidrógeno suficiente para dar 300 o 400
millas de distancia de conducción.
En uno de esos métodos de estado de sólido, mencioné estos nanotubos de
carbono donde se puede almacenar hidrógeno, hidrógeno, hidrógeno de metal,
donde se puede almacenar hasta 5% de hidrógeno en el lácteo cristalino del
material.
Hay algunos sistemas basados en sodio y borón donde se puede almacenar hidrógeno
con un poco de calor.
puedes liberar el hidrógeno.
Así que hay mucho trabajo, mucha investigación en esta área porque la gente
realmente cree que el hidrógeno, especialmente en células de combustible,
va a ser el camino del futuro.
Y la idea completa con el hidrógeno, de nuevo, es que puedes usarlo como
combustible, pero más importante, puede ser como una forma de almacenar energía.
Ah, déjame mostrarte algunas páginas de lo que la gente ve como el futuro de la
transportación.
Quieres usar el hidrógeno para dirigir por al menos 300 millas entre cargadores.
Deberías ser capaz de acelerar muy rápido.
El motor debería durar por al menos 150.000 millas.
El costo del sistema tiene que ser de 50 dólares por kilowatt, que es un costo muy
agresivo.
Y una vez que encuentres todas estas condiciones, vas a poder competir.
Así que este es el objetivo de estos programas que BMW tiene en California del
Sur.
Demostrar que con células de combustible puedes entrar en esa área.
Esta es una célula de combustible.
Estas fueron hechas por General Motors en Ballard, Canadá.
Esa es como se ve una célula de combustible.
Y esa célula de combustible va a mover un motor eléctrico.
Lo bueno de los motores eléctricos es que son muy eficientes.
La eficiencia de los motores eléctricos es muy alta.
Pero van a conducir estos motores eléctricos con esas células de
combustible.
Cada motor eléctrico tiene magnetos.
Y el problema que vamos a hablar mañana es que muchos de estos magnéticos contienen
niadino, que es un elemento raro, y la disponibilidad de esos elementos raros ha
sido un problema.
Así que una de las áreas de investigación en las que estamos involucrados es tratar
de desarrollar magnéticos que no contienen elementos raros.
Así que esa es una área en la que estamos haciendo un poco de trabajo.
Y luego el objetivo principal va a ser para motores eléctricos.
Y no solo para automóviles, pero si piensas en eso, cada turbina de viento
tiene un generador.
Y el generador también necesita magnetos.
Así que esta investigación sobre magnetos no solo es para motores eléctricos, para
automóviles, sino también para generadores y turbinas de viento.
Tienes muchos ingenieros mecánicos tratando de decidir cómo el coche va a ser
construido.
Uno de los métodos es que van a tener estos tanques almacenando hidrógeno en el
chasis, en la parte inferior del coche.
Van a tener su célula de combustible aquí.
Y en algunos diseños tienen un motor eléctrico, pero hay algunos coches que
tienen un motor eléctrico por rueda.
Así que tienen cuatro motores eléctricos y luego tienen un modo de controlar la
movilidad del motor eléctrico.
Es como un coche de cuatro ruedas, casi, donde tienen un motor eléctrico por rueda.
Toda la energía viene de la célula de combustible.
Y luego el hidrógeno va a estar ofreciendo el combustible a la célula de combustible.
La gente está muy preocupada con el hidrógeno y es por eso que la seguridad es
tan importante.
Si vas a poner hidrógeno a 20.000 PSI, eso es mucha energía.
Y esto no es diferente de las baterías.
¿Recuerdas que hablamos de 5 cosas sobre baterías?
¿Cuál fue la primera cosa que hablamos de baterías?
Seguridad, ¿sabes?
Seguridad, seguridad, seguridad.
Y lo mismo es verdad aquí.
La última cosa que queremos ver es un tanque explotando y matando a una familia
en la carretera.
Quiero decir, la cantidad de energía que estamos tratando aquí es bastante
sustancial.
Y esto es donde, ¿sabes?
Una área, y no sé si hablas de esto a nivel universitario, pero la área de la
ética, ¿sabes?
Los ingenieros y los científicos tienen una responsabilidad moral
para trabajar en productos que no dañen al público.
Y a veces, para ganar dinero, las empresas no prestan mucha atención a los problemas
de seguridad.
Y creo que debería ser mandatorio.
Cada estudiante que persiga una carrera en ciencia o ingeniería debería tomar un
curso en ética, para asegurarse de que cuando vayas a trabajar para alguien, que
no vas a firmar en un producto que puede endangrear al público.
Es una responsabilidad tremenda, chicos.
La misma cosa con las personas que están haciendo calentadores.
Cada vez que trabajas con gases presurizados o sistemas electroquímicos
que tienen mucha energía y la capacidad de liberar mucha energía muy rápido, siempre
va a haber un peligro.
Y tenemos que ser conscientes de eso.
Y eso tiene que ser una responsabilidad para todos los ingenieros.
Así que este es el concepto típico para un coche futuro que va a depender del
hidrógeno.
Y, de nuevo, mucha energía aquí.
y algo de lo que hay que tener en cuenta.
Así que hablamos de eso, hablamos de los tanques y luego en el futuro, ya sabes,
deberías poder poner el hidrógeno, ya sabes, no más de cinco minutos, llenar un
tanque en cinco minutos y ese debería ser el objetivo de este sistema.
Y luego, en el futuro, y esto es un lado muy futurista, hay una filosofía que es
una filosofía de competencia.
¿Centralizas todo o distribuyes todo?
Así que la idea de centralización es que tienes este gran plan de energía que envía
la electricidad a muchos lugares.
La versión alternativa es que tienes una generación distribuida donde cada casa
podría ser independiente de la griega.
siempre va a haber un conflicto de intereses.
Entonces, si tienes una empresa, una utilidad que ofrece electricidad a una
gran área, la última cosa que quieren ver es personas produciendo su propia energía.
Porque, ya sabes, la gente puede vender su energía.
Lo que a veces la gente no se da cuenta es que cuando el sol no está brillando, si no
tienes baterías, mejor estar conectado a la griega para tener electricidad.
Y luego la pregunta es, ¿quién paga por la griega?
Who maintains the grid?
So one of the big decisions that we're going to have to make in the near future
is what type of rules do we set so that if you produce your own power at home,
Si quieres vender el poder a la griega, tienes que invertir en la griega.
Tienes que poner dinero en la griega para mantenerla y asegurarte de que la griega
estará ahí para ti el día en que el sol no brilla o el día en que alguien rompa tus
paneles solares y no puedas producir electricidad.
Pero lo mismo es verdad con el hidrógeno.
Una visión para el futuro del hidrógeno es que tendrás un reformador de estima en tu
garaje.
Así que puedes tomar gas natural de una pipa, ya sabes, la mayoría de los hogares
obtienen gas natural, y ese gas natural, usando esta reforma de estima, producirá
hidrógeno, y luego usarás tu hidrógeno para poder tu automóvil.
O en el futuro, podrías usar hidrólisis, que será más intensivo de energía, pero
más limpio, y usarás hidrólisis para producir hidrógeno para poder tu
automóvil, y ese será un modelo distribuido.
donde casi cada casa será independiente de energía.
Todo lo que tienes que producir es combustible.
Puedes tener una célula de combustible que va a poder tu casa.
Puedes combinar esa célula de combustible con fotovoltaicos.
Pero, de nuevo, es un tema de economía.
Pero todo el mundo tiene que ser investido en el futuro de la griega.
Bien, hablemos de eso.
¿Alguna pregunta?
Y este negocio con el hidrógeno, la gente ha estado escribiendo libros sobre el
hidrógeno durante los últimos 50 años, y de hecho, una persona muy influyente
escribió un libro sobre el hidrógeno, y el título del libro era La falacia sobre el
hidrógeno.
Y esta persona fue muy crítica sobre el hidrógeno, y hablaba de la necesidad de
una gran infraestructura y todo eso, y la gente dijo, bueno, sí, puedes ver estos
grandes reactores, te muestro estos supercabos distribuyendo hidrógeno a todo
el país,
Pero la gente dice, bueno, puedes hacer esto de una manera más distribuida, con
una inversión más pequeña, donde cada sub-división o pequeña comunidad puede
poder invertir en una planta de energía de tamaño pequeño para producir electricidad,
producir hidrógeno.
Así que creo que el juicio todavía está fuera.
En el futuro,
We are really going to know which argument wins.
I think for big countries, it's going to be a combination of big central power
plants and a lot of distributed generation.
Smaller countries, if you are far outside in the countryside, distributed generation
will make sense.
In the cities, probably going to be a combination of both.
So as long as there are financial interests, you're going to see a lot of
options and lots of different technologies.
¿Ok?
¿Alguna pregunta?
¿Está claro?
Sí.
[Orador 1]: Y la presión aumentará.
Buena noticia, sí.
Así que si no usas el hidrógeno, vas a perder el hidrógeno, ¿no?
[Orador 3]: Sí.
El otro problema con el hidrógeno, y esto es algo que la gente no piensa, cuando el
hidrógeno se bolea, supongamos que tienes una válvula de alivio.
En muchos sistemas, si presurizas un sistema por bajo, tienes que tener una
válvula de alivio.
Entonces, en todos los sistemas presurizados, necesitas una válvula de
alivio para evitar una explosión.
Entonces, si tienes una válvula de alivio con hidrógeno, ese hidrógeno es tan ligero
que se va a subir.
Y luego la pregunta es,
¿Se considera el hidrógeno un gas de grano?
Y la respuesta es sí.
Entonces, aquí tenemos otra vez, es no simple porque lo que hemos estado tratando
de hacer es reducir la emisión de gases de grano y decimos, bueno, el hidrógeno debe
ser limpio.
Puedes producir hidrógeno con electrólisis usando turbos de viento y solar, eso es
genial.
Pero, ¿qué sucede cuando tienes una lluvia o tienes una función de seguridad que
quieres presurizar tu hidrógeno liquefiable y va a subir al medio
ambiente?
La pregunta es, ¿contribuirá más o menos CO2?
O incluso cosas como el metano, ¿sabes?
Hay muchos intereses.
El metano es un gas más potente, un gas agrícola, que el CO2.
Y el metano es un combustible relativamente limpio.
Pero, si miras el sistema termodinámico como un todo, hay algunos problemas con el
metano, especialmente las leyes de metano.
Y estamos abriendo en todos los Estados Unidos para obtener metano a través de
fracasos, y mucho de ese metano se va a subir al medio ambiente.
Las vacas, ¿sabes?
Cuando las vacas gritan, ellos liberan metano.
Y ese metano se va a subir al medio ambiente.
Es como una granja.
Así que tienes razón, ese es el problema con el hidrógeno.
A menos que tengas un sistema muy complejo donde puedas recogerlo y recuperarlo, pero
ese es el problema.
Ese es un buen punto.
Yo creo que la moral de esto es que no hay soluciones fáciles y limpias.
Cada problema que hemos hablado esta semana es un problema complejo.
Hay un aspecto tecnológico, hay un aspecto científico, hay un aspecto financiero, hay
un aspecto de seguridad, y todas estas cosas se unen, ¿sabes?
Y es difícil predecir cuál va a ganar.
Pero esa es una buena pregunta, ¿sabes?
Como ingeniero, siempre deberíamos estar mirando eso.
Si se coge, se expandirá, más presión, problemas de seguridad, se liberará la
válvula, ¿qué sucede?
Y luego miras a este sistema a una escala más amplia, dices, bueno, ¿sabes?
Va a ser un gas de granja.
Hemos estado tratando de luchar contra esto desde el comienzo, y ahora estamos
desarrollando soluciones que hacen que el problema sea aún peor que lo que teníamos
antes.
es noticia examen a llenar de juan a get you the press a picasa y no hay reacción
cascante puentes anoté xampo la en tu casa en el faif de de yues paz alo en de lo
requiere de yusso bayo fios por transportes en disuas apolítica decisión
de casas y fiji y chile catena pop de yues de servicio en col de midwest indiana
Illinois, Iowa, Nebraska.
Y estos estados son muy famosos por producir maíz.
Ok, producen un montón de maíz.
Y el maíz puede ser usado para producir etanol.
Así que los senadores y representantes de estos estados se unieron y escribieron la
ley y dijeron que un porcentaje de todo el combustible que se vende en los Estados
Unidos debe contener etanol.
Ok.
Y dijeron, esto es genial, va a ayudar a las economías de nuestros estados.
Vamos a producir más maíz, va a ser hecho en etanol, y luego enviamos el etanol a
las estaciones de gas y todos van a estar felices.
Bueno, imagínense lo que pasó.
La dieta de una persona promedio en México depende del maíz.
Quiero decir, las tortillas vienen del maíz.
Y lo que pasó es que estos son mercados globales para los granos, así que el
precio del maíz salió por la pared.
No había carne en México para hacer tortillas porque la gente estaba haciendo
dinero vendiéndolas para la producción de etanol.
Y pocas personas en México podían hacer 4 tortillas.
The intentions were good, you know, ethanol is going to displace foreign oil,
which is something that we want to do, but now you make a decision that has
consequences that people haven't really thought about.
And there were riots in Mexico.
I mean, the price of the tortillas went through the roof.
Serious problem.
So, you see, you know, all these things are so interconnected.
And talk about ethics, you know, as an engineer or as an executive in a firm,
these are the type of consequences that we really have to think about.
If we do this,
¿Qué va a pasar?
Y una de las cosas que te voy a pedir que consideres es asegurarte de que cada vez
que tengamos que tomar una decisión, no mezclemos cosas como agua, comida con
energía.
Es probablemente el peor error que podamos hacer.
Y, por cierto, todos estos biofuels son tan intensos en agua que la gente está
divirtiendo agua para la producción de plantas que vamos a usar para el
combustible.
Tengo un cartón ahí, lo mostraré mañana.
Y en el cartón hay una madre y hay un pequeño niño en la mesa.
Y la madre le dice a su hijo, coman su carne porque hay muchos automóviles
hongos, ¿sabes?
Y eso es un problema, ¿sabes?
Quiero decir, hay consecuencias serias cuando no piensas en eso.
¿Qué más?
¿Cuestiones?
[Orador 2]: Sí, sí.
Porque necesitas poner el electrolito en una celula cerrada.
¿Cómo lo hacen?
¿Lo cubren con glas?
Porque el glas consume ultravioleta.
Si la gente usa cuartos, ¿es económicamente bueno o no?
Porque los cuartos son bastante caros.
[Orador 3]: Y la solución a esto es la mecánica cuántica.
Por ejemplo, las frecuencias para esto están en la larga fila del espectro, pero
tenemos mucha gente.
haciendo mecánicas de cuánto, tratando de crear sistemas alternativos que tomaran
ventaja de otras partes del espectro.
De hecho, en los últimos dos o tres años, ha habido algunos retornos en los que la
gente ha visto algo muy barato.
La gente de MIT informó el año pasado que tienen algunos campos relativamente
baratos que producen hidrógeno en masa usando materiales de construcción simples
para las ventanas, para los vasos,
Algunos de los desafíos aquí es tratar de hacer estas cosas como nanoporos, así que
tienes un montón de área de superficie, porque al final del día estas son
reacciones químicas que se realizan entre la superficie y el agua.
Entonces, ¿cómo se hace un material mesoporo que también sea nanoporo?
Así que hay un montón de materiales en la ingeniería, pero la pregunta fundamental
de qué tipo de válvulas tomas, es una pregunta de mecánica cuántica.
Lo bueno de esto es que podemos predecir, solo con las calculaciones de bandas de
gap, qué tipo de campos deberían hacer el trabajo.
Y luego, si puedes ajustar estos materiales para trabajar en una pieza del
espectro en la que los materiales de construcción del sistema son costosos, la
luz puede pasar, entonces mejor.
Pero es realmente la mecánica cuántica.
Y mañana vamos a hablar de termoeléctricos.
Y es exactamente la misma idea.
Empiezas a buscar materiales.
Ahora, estos son materiales típicos.
La mayoría de estos materiales ocurren en la naturaleza.
Y la mayoría de los oxígenos
ocurre en la naturaleza y hay tanto oxígeno en la atmósfera que estos son
materiales bastante estables pero uno de los ventajas de tener todos estos
materiales computacionales, herramientas de ciencia es que puedes encontrar un
material que probablemente no existe en la naturaleza pero es el material exacto con
la medida correcta que te va a permitir usar ventas plásticas para construir este
sistema así que creo que esa es parte de la investigación, ¿podemos encontrar el
material mejor para la aplicación?
[Orador 2]: Pero entonces el dióxido de titanio está engañado por el diseño, porque es tan
popular en la explotación de agua, pero por el diseño de la célula es como...
[Orador 3]: Sí, el peor de estos es el titanio.
Este es el más usado.
Estos son materiales bastante abundantes.
Mañana vamos a hablar de materiales críticos.
Y vamos a ver algunos materiales que debemos evitar.
El titanio no es uno de ellos.
Pero puede haber alguna ingeniería de ventajas donde incluso puedes usar algunos
de estos materiales básicos.
Puedes adoptarlos.
solo para cambiar las características espectrales de la materia.
Pero es todo sobre la mecánica cuántica.
Quiero decir, si puedes realmente entender cómo se comportan los electrones, quiero
decir, eso es el 80%, eso es realmente el 80% del problema.
¿Más preguntas?
No, ¿todo muy claro?
¿Todo muy claro?