ENERGY: Autosuficiencia

Atlantic Road in Norway.

El proyecto desarrollado para la asignatura de Proyectos I y II se ubica en una isla aislada, el primer reto que me planteé fue el satisfacer las necesidades básicas del edificio:

obtención de agua potable
medios para conservación de alimentos
eliminación – valoración de residuos generados
Iluminación artificial
Calefacción

1. POTABLE WATER AND BASIC ENERGY : PILA DE HIDROGENO
Existen diversos sistemas para la producción de agua potable, a través de agua de mar o por otros métodos. Yo he escogido la Pila de combustible como el sistema mas idóneo, ya que a la vez de servir como sistema de producción de agua, puede ser capaz de producir la energía suficiente para las necesidades básicas del edificio: frigorífico, iluminación y climatización mínima necesaria.

hydrogen fuel cells – Pila de combustible de Hidrógeno
Las celdas de combustible son reactores electroquímicos donde la energía química se transforma en electricidad sin que medie ningún proceso de combustión.

El dispositivo es muy simple: está formado por dos electrodos separados por un electrolito (material que permite el paso de iones, pero no de electrones).
En el electrodo negativo (ánodo) tiene lugar la oxidación del combustible (hidrógeno, metanol, etc.) y en el positivo, (cátodo) la reducción del oxígeno del aire.

Una de las reacciones más simples se da en la pila de hidrógeno, donde hidrógeno y oxígeno se combinan para formar agua, creando energía eléctrica y calor.

Reacción en el ánodo:
2H2 ➔ 4H+ + 4e- 
Reacción en el cátodo: O2 + 4H+ + 4e- ➔  H2O

La pila de hidrógeno genera electricidad, obteniéndose como residuo  una producción de agua. El agua que suministra esta clase de célula es la que usan los astronautas para consumo humano.

Es importante notar que el hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector: no existe aislado en la naturaleza, por lo que no se puede extraer de ningún sitio a bajo costo. Esto significa que si queremos usar hidrógeno para cualquier fin, primero hemos de generarlo, proceso en el que siempre se consume más energía de la que se obtiene después al usarlo.

El principal problema que nos aparece es el ¿cómo separar el hidrógeno de la atmósfera o del agua? para después utilizarlo en la pila de hidrógeno como energía almacenada. 

2. CATALIZADOR ELECTROLÍTICO – OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO

Hay diversos métodos para obtener hidrógeno, almacenarlo, y después utilizarlo en la pila de combustible, para ello es necesario el apoyo de otra fuente de energía alternativa.
En nuestro caso la captación de energía solar no es factible debido a las pocas horas de luz en la latitud de Stavanger. Pero hay otras fuentes de energía muy poderosas que se pueden aprovechar, y dado que nos encontramos en una isla, lo mas lógico que se me ocurre es utilizar la fuerza del mar para producir hidrógeno y electricidad de una forma continua; el mar nunca se para de mover.
Los métodos tradicionales para la obtención de hidrógeno del agua o del aire, utilizan procesos electrolíticos mediante catalizadores; aunque actualmente se están descubriendo nuevos métodos basados en procesos naturales; de los cuales no he decidido incorporar ninguno a este proyecto por encontrarse todavía en fase experimental.
La electrólisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. en ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).

3. CAPTACION DE ENERGIA UNDIMOTRIZ
Existen diversos sistemas para generación de energía a través del movimiento perpetuo del mar, entre los que destacan:
energía mareomotriz – energía obtenida de las mareas
energía undimotriz – energía obtenida del movimiento de las olas
Creo que la mas eficiente para nuestro caso será la energía undimotriz, ya que es una energía menos poderosa pero mas continua. La captación de este tipo de energía podrá realizarse en el propio muelle o embarcadero. Al producirse un gran sobrante de energía esta se podría utilizar para cargar las baterías de la embarcación cuando se encuentre amarrada. (considerando que dicha embarcación  disponga de propulsión con fuente eléctrica) → de este modo no solo se solventará la necesidad energética de la propia isla sino también la del transporte.

### EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Existen varios sistemas patentados de captación de energía undimotriz, pero he decidido no utilizar ninguno de ellos.
PRIMER SISTEMA: para mí es el mas interesante, y no descaro utilizarlo: Los ingenieros frecuentemente diseñan rompeolas o diques con orificios para reducir el empuje de las olas sobre el dique o propio el rompeolas. Estos orificios permiten la entrada de agua, y crean un “colchón de aire” reduciéndose de esta forma el empuje producido por las olas. Este colchón de aire puede ser utilizado para mover unas turbinas, tanto en el empuje como en la succión.. Este sistema ya ha sido implantado con éxito en la península, en Mutriku, a cincuenta kilómetros de San Sebastián.

OTROS SISTEMAS INTERESANTES
Existen otros muchos sistemas que se basas en elementos flotantes que oscilan con respecto a un cuerpo fijo, actuando a modo de palanca que  pueden mover un alternador mediante un sistema de cremallera u otros sistemas. Para el proyecto que se nos presenta no los veo muy apropiados; aunque he decidido tenerlos en cuenta:

también existen otros tipos de sistemas interesantes

SOLUCIÓN PROPUESTA PARA CAPTACIÓN DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Inspirándome en las linternas de inducción magnética, que se generan energía a partir de un movimiento oscilante, se me ocurrió la idea de acoplar un cuerpo flotante al imán que se mueve dentro del embobinado, de esa forma se podría captar el movimiento de las olas para transformarlo en energía eléctrica.

 
Los cilindros o cuerpos fijos  que contienen el embobinado podrán ser elementos propios del embarcadero cumpliendo así una doble función.

3. PROCESO ENERGÉTICO COMPLETO PLANTEADO PARA LA CABAÑA
A continuación expongo un dibujo explicativo de todo el proceso energético planteado para mi proyecto: