viernes, 19 de febrero de 2010

¿Tractor a Hidrogeno? Hagamos unos pocos numeros

A traves de crisis energetica, me entero que la empresa New Holland ha desarrollado un prototipo de un tractor movido con Hidrogeno.

Foto de Caronte

En su publicidad no da ningun dato pero puede leerse cosas como:

LA EXPLOTACIÓN ENERGÉTICAMENTE
INDEPENDIENTE. EL FUTURO A SU ALCANCE.

Con el tractor de hidrógeno, y en el futuro las máquinas de hidrógeno, los agricultores podrán realizar todas las operaciones necesarias en sus explotaciones, produciendo su propio hidrógeno. Haciendo su explotación energéticamente independiente.

La solución de New Holland.La explotación energéticamente independiente es un nuevo concepto en el que los agricultores podrán generar su propia energía para sus explotaciones y maquinaria agrícola. Y todo ello se hará utilizando hidrógeno, generado al 100% con recursos renovables, tan abundantes en este medio.
¿Es viable lo que prometen?¿Podrian los agricultores la independencia energetica empleando el hidrogeno?

Supongamos que el agricultor emplea paneles fotovoltaicos, con los que produce electricidad y por medio de electrolisis obtiene el hidrogeno necesaro.

La pregunta es:
¿Que porcentaje de la superficie de la finca debe cubrir con paneles solares para poder obtener la energia necesaria para cultivar el resto?


Por que si se necesita llenar la finca de paneles solares para alimentar el tractor.¿Que terreno va a cultivar?

Antes de hacer numeros reto a los lectores a que hagan una estimación intuitiva.¿Cual es el porcentaje que hay que ocupar con paneles? ¿10%?¿50%?¿90%?

Coje papel y boli(o abre el blog de notas) y escribe tu estimación. Es una estimacion intuitiva, no vale ponerse hacer calculos.











Ya lo tienes.... bien.
Te voy a recordar algunas cosas, que quizas no has tenido en cuenta a la hora de aventurar este numero.
  • La energía solar es una fuente de energia muy poco concentrada.
  • Los paneles solares tiene un rendimiento muy bajo , entorno el 15%,
  • Los paneles solares no siempre estan trabajando(hay noches, nubes, sombras etc) las horas anuales de operacion son solo de unas 1600 horas/año.
  • Ademas de los paneles solares, hay que tener en cuenta los pasillos entre los paneles, las separaciones necesarias para que no se hagan sombras, la valla para evitar robos, caminos de acceso, etc.
  • La energía produccida por los paneles sufren un largo proceso hasta llegar al tractor y en todos las etapas hay importante perdidas.
  • Inversor
  • Electrolisis
  • Compresion del hidrogeno
  • Almacenamiento(Se evapora atraves de las paredes)
  • Celda de hidrogeno
  • Motor electrico
  • La agricultura es una actividad intensiva en energía. El campo requiere muchas faenas agricolas y todas ellas son grandes consumidoras de energia: Preparar terreno, arar, abonar, sembrar, cosechar,transportar(y seguro que me dejo muchas...) El coste de los combustibles en la agricultura es muy importante.
Lee el porcentajes que tienes escrito. ¿Que te parece?
Si quieres le puedes cambiar....

Si ya lo tienes vamos pasemos con los numeros.

La manera mas realista de saber cuanto pueden producir una planta fotovoltaica es tomando datos de plantas reales. La primera que he encontrado es esta.La planta produce 833MWh/hectarea

Los redimientos de las diferentes tareas son:(fuente: Hidrogeno: Tecnologia y politica)
Electrolisis: 65%
Compresion:80%
Almacenamiento:90%
Celda de combustible:50%
Motor electrico:90%
El rendimiento global es de: 21% y por tanto la energia util se queda en 175MWh/hectarea
Por otro lado necesitamos saber cuanta energia se consume en las tareas agricolas. A esta cuestion se responde en el articulo: ¿Cuanto gasoil consumen en las tareas agricolas?
Varia dependiendo del cultivo, el promedio es de 32litros de gasoil por hectarea.
La energia del gasoil es de 38,6MJ/litro, y el rendimiento de los motores de explosion es del 17%. Por lo que energia necesaria es de 58kwh/hectarea

Dividiendo la energia consumida por las tareas agricolas, entre la que puede proporcionar los paneles obtenemos el porcentaje buscado:

0,033%



O dicho de otra forma, para poder arar, abonar, sembrar, cosechar, etc etc toda una hectarea de terreno capaz de producir 4 toneladas de trigo, basta con la energia producida por un 3,3 metros de planta fotovoltaica.(Aproximadamente 1m2 de panel)

¿Habias acertado?¿Que estimacion habias dado?
Yo no... yo pensaba que seria aproximadamente un 5%.

23 comentarios:

AMADEUS dijo...

Alb,

¿y el almacenamiento?

Tú, como yo sabemos, que una cosa es cuando sale el sol, y se cargan las baterías, y otra es cuando se necesita utilizar el tractor.

Ese cálculo, aunque necesario, como elemento preliminar, no es suficiente.

Debemos establecer cuando usaremos el tractor, y ver como como lo cargaremos en base a la generación fotovoltáica.

Aunque otra alternativa es simplemente calcular la electricidad necesaria y compararla con el diesel que necesitaríamos.

En cualquier caso tus cálculos, sirven para una solución global, aunque no valgan para una explotación individual.

No sé si me explico bien, pero creo que tú me entenderás.

Salu2,

AMADEUS

javierchiclana dijo...

Interesante cálculo Alb. Reconozco que me fui muy por encima el cálculo inicial.

He hecho un cálculo con biocombustible que es una tecnología disponible en la actualidad. Para remolacha, 5000 l/ha, nos daría un 0.64 % del terreno cultivado para necesidades energéticas, lo que no está nada mal. http://es.wikipedia.org/wiki/Biocarburante

Creo que el rendimiento que le das al motor térmico (17 %) es demasiado bajo. Un motor de tractor debe estar por encima del 30 %.

inquietud dijo...

Me ha resultado sorprendente el resultado. Mi estimación sin pensar mucho ha sido del 10%.
Evidentemente en un sistema así hay un problema de costes tremendo pero es una aplicación del hidrógeno que merece la pena tomar en consideración. Habría que compararlo con otras alternativas (generación de biodiesel para maquinaria o pienso para ganado).

Amadeus:
Ojo que el caso estudiado no es el de maquinaria agrícola eléctrica con baterias (que para el uso agricola evidentemente supone la dificultad que comentas) sino de un uno menos eficaz energéticamente pero que ya trae incorporado el almacenamiento (por el día la planta fotovoltaica genera y almacena hidrógeno con el que rellenar el depósito de la maquinaria para el proximo día de trabajo).

Eduardo dijo...

Alb,

Como dijo Amadeus, debes considerar que las labores agropecuarias son muy intermitentes, con grandes tiempos muertos, por lo que no podrás almacenar (por las pérdidas en los tanques) el hidrógeno generado. Deberías recalcular los paneles y sistema según la máxima potencia requerida y no según la energía por Ha.

Ahí ya te darás cuenta que al haber tantos tiempos muertos (no hay plena utilización) ya es difícil que el sistema sea viable en la práctica. Todo esto sin siquiera considerar costos y funcionalidad. (qué vida útil tiene una pila de hidrógeno?, qué mantenimientos precisa esa infraestructura de generación y almacenamiento?, son fáciles de obtener las piezas de repuestos y los RRHH capacidados?,está disponible donde se producen los alimentos? (mayormente tercer mundo), etc)

Javierchiclana: la remolacha no sirve para mover tractores, produce etanol (ciclo Otto) y no biodiesel (ciclo Diesel). Además el etanol en la práctica rinde la mitad del gasoil o biodiesel, por lo que a igual rendimiento de biocombustibles, necesitas el doble de superficie para etanol. Es cierto que el ciclo diesel está entre 25 a 35 % de eficiencia.

Muchas veces las empresas automotrices producen unidades con fines publicitarios con el mensaje "estamos en la punta del I&D" para dar la impresión de líderes, aunque no sea viable en la práctica y creo que éste es un caso.

Es mejor utilizar biodiesel en el caso de labores agrícolas y existen muchas opciones según la región a considerar. Por ejemplo ver: www.acrocomiasolutions.com, una palmera de múltiple propósito con mucho mayor potencial energético y aun poco estudiada.

Saludos a todos,

Eduardo.

Alb dijo...

Se me olvido incluir una aclaración.

Lo que busco con este ejemplo es comparar y visualizar las magnitudes energéticas. No estoy proponiendo una solución energetica para la agricultura.

No creo que los tractores a hidrógeno generado mediante paneles solares sea la mejor alternativa.

Esta alternativa tendrá el problema del almacenamiento de hidrógeno y otros como el elevadisimo coste de los equipos, la limitada vida de las celdas de hidrógeno. etc etc

javierchiclana dijo...

Tienes toda la razón Eduardo, la verdad es que pensaba que el etanol tenía mayor poder calorífico. Según Wikipedia tiene un 60 % de la gasolina.


Los tractores actuales usan motores diesel pero el cambio a motores otto es relativamente sencillo... comparado con la hipótesis del artículo. Si algún día llegamos a utilizar masivamente biocombustibles nos tendremos que adaptar a los que se generen en la zona, sería lógico que en Brasil utilizaran motores otto por ej.

Jorge dijo...

Pero no es mucho más eficiente y rentable un aerogenerador para poducir electricidad que unas placas?
Claro aquí en el centro del valle del Ebro o en taarifa o en gerona o galicia o en canarias. A lo mejor no tanto en otras regiones.

Alb dijo...

Jorge, claro que es mas eficiente y rentable un aerogenerador(si hay viento).

Pero lo que intentaba exponer con este ejercicio era otra cosa.
Romper el mito de que es las energia renovables son inviables por que requieren mucho espacio.
(muchisimo mas espacio requiere la agricultura)

Jumanji dijo...

En cualquier caso, el problema del almacenamiento podría resolverse con una segunda batería de quita y pon.

Me encanta la idea de Better Place: http://jumanjisolar.blogspot.com/2008/12/shai-agassi-el-visionario-que-lo-dej.html

Anónimo dijo...

Buenos días Alb, podrías ponerte en contacto conmigo en direccion@biotit.com para comentar algunas cosas?.

Gracias.

Staring at the Sun dijo...

Habrá quien estime que gastar 32 litros de gasoil por hectárea es poco realista. De acuerdo, subamos al doble, 65 litros de gasoil por Ha.

Y habrá quien discuta la producción eléctrica con fotovoltaica. A este respecto la cifra de 833 MWh por Ha me parece optimista para ciertos entornos productores de trigo, como Castilla-León. Pero dado que esta cifra tiene en cuenta los espacios vacíos entre cada fila de módulos que no se darán en ningún caso en instalaciones pequeñas, la cifra me parece pesimista.

Suponiendo una radiación de 1.200 horas sol-pico, típica de un lugar como Valladolid, a mí me sale que 10 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos de Silicio monocristalino producen unos 1.200 Kwh/año, o sea 1.200 MWh por hectárea si no hay espacio de separación entre filas de módulos.

Además, como bien señala alb., no tiene por qué utilizarse fotovoltaica, el sistema podría bien ser mixto eólico-fotovoltaico (hay muchos ya en funcionamiento para instalaciones aisladas).

Otro aspecto a considerar es la posibilidad de utlizar tractores enteramente eléctricos y almacenar el excedente en baterías eléctricas. Los rendimientos de conversión serían mayores que en el caso del hidrógeno y el motor del tractor mucho más eficiente en la realización de trabajo.


Al final las cuentas no engañan: Sale una planta de energía renovable de dimensiones bastante modestas para poder trabajar una hectárea. De nuevo vemos que el petróleo es sustituible. En cuanto a los fertilizantes artificiales a partir de gas natural, eso pertenece a otra discusión. Pero taoes fertilizantes no necesitan de un combustible fósil como el gas, sino de una fuente de hidrógeno que bien podría provenir de energías renovables.

Andrés dijo...

Siempre podrían emplear la granja para producir biogás y alimentar el tractor con biogás.

Una alternativa muchísimo más ecológica, porque eliminamos CH4 que es 21 veces más contaminante que el CO2

Alejandro dijo...

Es mejor un tractor electrico con un cable alargador:

El tractor tipicamente no se va a ir a la playa en vacaciones, con lo cual con un alargador suficientemente largo, se puede cubrir toda la parcela a arar.

internete
1234567

PD: Y si no almacenas, entonces puedes tirar de la red electrica convencional.

¡Y si almacenas tambien!

La combinacion buena, por tanto, será un tractor electrico con bateria y cable alargador: Haya donde no llegue el cable, llega la bateria...

Por cierto, que no hay ninguna ley que yo sepa, que impida hacer una instalacion fija de enchufes cada 100 metros en la propia huerta...

(Lo digo para no andar con kilometros de alargador para cubrir una parcela grande...)

Alejandro dijo...

Perdon, en lugar de "Haya donde no llegue el cable", queria decir "Allá donde no llegue el cable"...

internete
1234567

PD: Unete a la resistencia: Comparte tu enchufe en alargador.org

Anónimo dijo...

POR FAVOR !!! HAGAN LAS CUENTAS BIEN

Segun el enlace, la huerta de salamanca produce 13,8 MW y ocupa 36Ha. La planta de alicante produce 20MW en 42 Ha.

Esto da en los dos casos un valor aproximado de 400KW !!!!No de 135MW!!!! que hay que dividir los watios entre las hectareas y no multiplicarlos!!!!

con un rendimiento del 20%, la energia solar util genererada es de solo 100KW/Ha.

comparada con los 50KW que consume el tractor,

hay que utilizar el 50% del campo para paneles solares!!!

Alb dijo...

Menudo susto me has dado anonimo.
Por un momento creia que tenias razón y que habia metido la pata hasta el fondo.
Ya estaba escribiendo una nota, para alertar del error, cuando me he dado cuenta de que mis calculos estan correctos y quien se equivoca eres tu.

En la noticia de la planta de Salamanca afirman que producen 30.000MWh anualmente y que tienen una extension de 36hectareas. Dividiendo 30.000MWh entre 36hectareas obtengo los 833MWh por hectarea.

Has confundido MW con MWh.O dicho de otra forma has considerado que solo hay 1 hora de sol al año.

Blas dijo...

Hay algunas cosas que no me quedan claras en este asunto, la potencia entregada por el sol, en el mejor de los casos, es de 1000 vatios por metro cuadrado (W/m2), si el rendimiento de un panel solar está en el 12%, y asumiendo que la superficie efectiva del panel es de 1 m2, estaremos obteniendo una potencia de 120 vatios por metro cuadrado (W/m2), esto traducido en energía, serían 120 Wh. Bueno, hasta aquí tenemos la cantidad de energía eléctrica que obtendríamos de un panel solar de 1 m2.

Bueno, ahora tomando el dato de que el rendimiento total del proceso es de 21%, entonces quiere decir que de esos 120 W al final del proceso, estaremos obteniendo 25, 2 W, traducido en energía serían 25, 2 Wh.

O sea, que para obtener los 58.000 Wh se requieren 2301,59 horas para lograr esta cantidad de energía de 1 m2. O sea en otras palabras, hacen falta 96 días para obtener la cantidad de energía requerida. Y por supuesto, estamos tomando la máxima energía solar posible entregada.

Según esto, para cosechar una hectárea habría que esperar tres meses, como mínimo, para obtener la energía necesaria.

Blas dijo...

Algo que se me pasó en el cálculo, es que se asume que hay 24 horas de luz solar. Si tomamos 6 horas diarias de luz efectiva, la espera puede ser 4 veces mayor. Lo que nos lleva a que para cosechar una hectárea habría que esperar un año para obtener la energía necesaria.

Blas dijo...

Hay algunas cosas que no me quedan claras en este asunto, la potencia entregada por el sol, en el mejor de los casos, es de 1000 vatios por metro cuadrado (W/m2), si el rendimiento de un panel solar está en el 12%, y asumiendo que la superficie efectiva del panel es de 1 m2, estaremos obteniendo una potencia de 120 vatios por metro cuadrado (W/m2), esto traducido en energía, serían 120 Wh. Bueno, hasta aquí tenemos la cantidad de energía eléctrica que obtendríamos de un panel solar de 1 m2.

Bueno, ahora tomando el dato de que el rendimiento total del proceso es de 21%, entonces quiere decir que de esos 120 W al final del proceso, estaremos obteniendo 25,2 W, traducido en energía serían 25,2 Wh.

O sea, que para obtener los 58.000 Wh se requieren 2301,59 horas para lograr esta cantidad de energía de 1 m2. O sea en otras palabras, hacen falta 96 días para obtener la cantidad de energía requerida. Y por supuesto, estamos tomando la máxima energía solar posible entregada.

Según esto, para cosechar una hectárea habría que esperar tres meses, como mínimo, para obtener la energía necesaria.

Blas dijo...

Hay algunas cosas que no me quedan claras en este asunto, la potencia entregada por el sol, en el mejor de los casos, es de 1000 vatios por metro cuadrado (W/m2), si el rendimiento de un panel solar está en el 12%, y asumiendo que la superficie efectiva del panel es de 1 m2, estaremos obteniendo una potencia de 120 vatios por metro cuadrado (W/m2), esto traducido en energía, serían 120 Wh. Bueno, hasta aquí tenemos la cantidad de energía eléctrica que obtendríamos de un panel solar de 1 m2.

Bueno, ahora tomando el dato de que el rendimiento total del proceso es de 21%, entonces quiere decir que de esos 120 W al final del proceso, estaremos obteniendo 25,2 W, traducido en energía serían 25,2 Wh.

O sea, que para obtener los 58.000 Wh se requieren 2301,59 horas para lograr esta cantidad de energía de 1 m2. O sea en otras palabras, hacen falta 96 días para obtener la cantidad de energía requerida. Y por supuesto, estamos tomando la máxima energía solar posible entregada.

Según esto, para cosechar una hectárea habría que esperar tres meses, como mínimo, para obtener la energía necesaria.

Blas dijo...

NOTA: por alguna razón los mensajes han quedado al revés y uno repetido, el primero es la aclaración de los que están repetidos.

Anónimo dijo...

Haciendo un calculo rápido, rapidísimo :

- Para empezar coge un dato de 833 kwh producidos en una hectárea de paneles: No es un dato demasiado erróneo (yo opino que es algo más) pero eso es electricidad volcada a red, es decir, neta. Con lo cual, no hace falta que lo multiplique por 0,15 (eso ya está implícito en la generación de 833 kwh)
- Coge un dato de 326 kwh para arar 10.000 y lo multiplica por 0,17 que es el rendimiento supuesto del motor (creo que es demasiado bajo) .... no habría que dividirlo???? sale que necesitas unos 1900 kwh que son unos 190 l de diesel

En resumen, si necesitas 1900 kwh para sembrar 10.000 m2 y los paneles generan 830kwh / 10.000m2 .....blanco y en botella, necesitas 20.000m2 para sembrar 10.000m2.

Anónimo dijo...

Hola, hace dos años participé en la maquetación de un proyecto medieval sobre un molino de agua permanente. Este invento sólo funciona cerca del mar. Es muy sencillo, se construye un estanque con una profundidad igual a la diferencia entre la marea alta y la marea baja, se hace un canal entre el estanque y el mar y ya está. Tenemos una corriente contiua cuyo flujo dependerá en gran parte del tamaño del estanque o del canal. La primera vez que vi la información no me lo podía creer. Cada vez que regamos estámos desperdiciando un flujo de agua que podría transformarse en electricidad antes de caer en la tierra, ya sé que no es mucho pero seguro que si sumamos todas las horas de riego de varios años seguro que otra impresión daba. Además, a parte del citado, la eólica y la solar existen otros métodos de obtener electricidad. ¿por qué no se tienen que tener en cuenta?
Saludos...