Integración de una unidad generadora de energía eléctrica, a partir de la combustión de hidrógeno, producto de la electrólisis de orina humana.

Abstract

El megaproyecto consiste en la propuesta de una unidad que genera energía eléctrica a partir de hidrógeno, producido en la electrólisis de la urea en orina humana. En este estudio se muestra el proceso y resultado de la adaptación un motor Honda GX-120 para que pueda realizar una combustión adecuada utilizando hidrógeno como combustible, ajustando parámetros de operación y modificaciones físicas; el diseño de la unidad, integrando los resultados experimentales y de revisión bibliográfica de los demás módulos y por último, la clasificación de costos que llevó todo el estudio y la identificación de clientes potenciales para el producto final.

Se encontró que la relación aire / combustible requerida para que el motor Honda GX-120 trabaje a 2,600 rpm es de 23.00 (g/g), la cual equivale a una presión de hidrógeno de 8.711 psi al utilizar aire a presión atmosférica (14 psi). Bajo estas condiciones, el flujo requerido de hidrógeno es de 233.44 g/h. Debe asegurarse que el flujo de alimentación de hidrógeno al motor sea constante, ininterrumpido y estable para evitar problemas de combustión anormal. La eficiencia térmica máxima del motor es de 57.15% a la relación de compresión de 8.5:1, siendo posible su aumento hasta 14.05.

Se obtuvo como resultado un diagrama de flujo de proceso con balances de masa y energía para la generación continua durante una hora. También se presentan las hojas de selección de equipo y distribución de equipo, que representa un posible objetivo de diseño a futuro. La unidad no es práctica de construir en este momento, debido a limitantes técnicas de consumo elevado de energía y orina, condiciones y tiempos de operación desfavorables. Se plantean propuestas de mejoras para trabajos futuros que involucran modificaciones a los materiales y operación de la celda, la solución electrolítica y el adecuado acondicionamiento del motor.

El análisis de los costos identifica que los paneles solares constituyen un 93% de los costos totales, resultando en un elevado costo de la unidad y estableciendo que debe aumentar la eficiencia de la celda electrolítica. De acuerdo al análisis de costo beneficio la unidad no es rentable al producir 1.2 kWh con 173 kg de orina, aproximadamente la producción diaria de orina de 300 personas. El ahorro anual de la unidad equivale a Q11,983.68; sin embargo, comparado con el costo de la unidad de aproximadamente Q5 millones esta no es rentable. El escenario para recuperar la inversión en 3 años establece que el ahorro necesario es de Q1,894,264.90 con una producción de energía de 189.68 kWh.