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Entrevista Infodefensa.com

A. Covarrubias (Naval Group): "En el FC2G no almacenamos el hidrógeno, lo producimos, es más seguro" (1)

Anthony Covarrubias. Foto: Naval Group

Anthony Covarrubias. Foto: Naval Group

25/09/2019 | Valparaíso

Nicolás García

Naval Group completó con éxito en el mes de marzo la última campaña de pruebas del sistema de celda de combustible de segunda generación (FC2G, por sus siglas en inglés), un sofisticado sistema de propulsión independiente del aire que permitirá a los submarinos de propulsión convencional operar tres semanas sumergidos y disminuir su tasa de indiscreción.

Esta nueva tecnología ha despertado el interés de las marinas del mundo ya que el hidrógeno necesario para alimentar las celdas de combustible es producido a bordo del submarino a través de un proceso de reformado en base a diésel que reduce el riesgo asociado al almacenamiento del elemento químico, tiene una mejor respuesta energética y es fácil de manejar en términos de procedimientos de carga y descarga.

El FC2G es una alternativa que ofrece Naval Group para las marinas sudamericanas que tienen que custodiar enormes espacios marítimos y deben renovar su flota de submarinos o bien deseen integrar esta solución en plataformas como los Scorpene que están en servicio en países como Chile y Brasil.

Infodefensa.com entrevistó a Anthony Covarrubias, gerente de Desarrollo de Negocio de Submarinos de Naval Group, para conocer de primera fuente las características del FC2G, el impacto que genera esta tecnología en las operaciones navales y las ventajas que entrega esta solución tecnológica. La entrevista se publicará en dos partes, la primera de las cuales se puede leer a continuación.

¿Qué es un sistema AIP?

En términos generales, un sistema AIP es un sistema de propulsión independiente del aire. Este sistema anaeróbico permite solucionar la problemática de un submarino convencional en cuanto a no tener que estar subiendo permanentemente a profundidad de periscopio y cargar sus baterías.

¿En qué consiste el sistema FC2G AIP de Naval Group?

En el caso específico del FC2G, es un sistema independiente del aire que está basado en el uso de celdas de combustible. Las celdas de combustible tienen la particularidad de ser alimentadas primero por un oxidante y posteriormente por un combustible. Entre el hidrógeno y el oxígeno se produce una reacción electroquímica que al final produce la energía que voy a utilizar, ya sea para cargar baterías o utilizar para la propulsión e incluso en algunas ocasiones en ambas condiciones, esa es la particularidad de nuestro caso. Y yendo más en detalle la gran característica es que nosotros hemos desarrollado este sistema en base a la producción de hidrógeno a bordo.

¿Cuáles son los riesgos de un sistema de estas características?

El gran problema de un sistema AIP basado en celdas de combustible es precisamente si produzco el hidrógeno a bordo o lo llevo almacenado. La solución almacenada para nosotros no era la mejor respuesta, por cuanto tiene una problemática de seguridad asociada. Si usted le pregunta a cualquier submarinista cuál es el problema del hidrógeno a bordo, probablemente lo primero que este le va a responder es la problemática de seguridad, por cuanto el hidrógeno a partir de cierto porcentaje es explosivo. Por lo tanto nosotros, escogimos la solución de producir el hidrógeno y consumirlo inmediatamente a partir de un proceso de reformado. El reformado es el proceso que hace cualquier industria que va a refinar petróleo y la gracia que tiene este sistema es que yo tomo algún tipo de combustible, que en el caso de Naval Group es el diésel, y efectúo este proceso químico y obtengo el hidrógeno. Con esto ya tenemos el primer componente para alimentar la celdas de combustible que es el hidrógeno y el segundo componente que es el oxígeno lo llevamos almacenado a bordo, como en nuestra solución anterior que era el Mesma y tenemos los dos elementos necesarios para generar la energía eléctrica a partir de una celda de combustible.

¿Por qué decidieron reemplazar el sistema Mesma?

La verdad es que el Mesma es un sistema bastante innovador para su época, en que no existían las celdas de combustible, todavía no se desarrollaba en forma masiva ni tampoco estaba calificada como para haberla embarcado en un submarino. La solución de celdas de combustible, por supuesto, es innovadora en términos de que genera un mayor rendimiento, por lo tanto nosotros dijimos bueno hay un requerimiento operacional que es la disminución de los gases de indiscreción, Ya logramos un porcentaje con el Mesma, el cual todavía está en servicio en algunos submarinos, y el paso siguiente es incrementar esta autonomía sumergida, con mayor seguridad, con un mayor rendimiento y a partir de una tecnología que ya se desarrolló que es la celda de combustible. La celda de combustible hoy en día la puedes encontrar en aplicaciones desde sistemas espaciales, transportes civiles, en sistemas de ferry completamente comerciales y para nosotros el gran desafío o la gran innovación era integrar estos sistemas a bordo de un submarino con todo lo que significa tener a bordo un sistema en cuanto a seguridad y al rendimiento operacional correspondiente. Además al tema de la celda de combustible agregamos el factor de la producción de hidrógeno que recientemente le expliqué.

¿Por qué diésel y no hidrógeno almacenado?

La celda de combustible tiene dos cosas, la primera es la producción de hidrógeno que recién lo conversamos y que tiene que ser alimentado con hidrógeno, ahí nosotros escogimos primero que nada hacer el reformado, es decir, producir el hidrógeno a bordo de modo que sea consumido inmediatamente, y no estar con temas de seguridad de por medio, y el segundo término era escoger el combustible.

¿Y el combustible del sistema?

Respecto de la selección del combustible, teníamos tres eventuales soluciones: una puede ser con metanol, etanol y la tercera con diésel. ¿Porqué diésel?, porque el metanol y el etanol son extremadamente tóxicos. Si usted me pregunta algún tipo de ejemplo con etanol o metanol a bordo de un submarino, una de las principales complejidades es mantener una atmosfera adecuada para la dotación. Si yo tengo una fuga de etanol o metanol mi tiempo de reacción es tan corto que probablemente no voy a alcanzar a llegar a la superficie para purificar la atmósfera no así el diésel oil el cual hoy en día ya se emplea a bordo de los submarinos, por lo tanto, sus operadores como aquellos que efectúan el mantenimiento tiene una familiaridad bastante amplia respecto a su uso y su manejo, de ahí la selección de diésel. 

¿Qué beneficios entrega el diésel?

Ahora hay otros elementos un poco más técnicos. El diésel tiene una densidad y un porcentaje mayor de hidrógeno cuando efectúo el proceso de reformado, es decir, obtengo más hidrógeno del que podría obtener a partir de otro tipo de combustible. El almacenamiento es más simple, es el mismo almacenamiento que el de cualquier otro submarino convencional, por lo tanto no tengo una complejidad desde el punto de vista de arquitectura o del manejo de combustible extra. Y a su vez la compensación de este combustible, a medida que yo lo voy ocupando es con agua, igual como se hace en cualquier submarino convencional, a diferencia del etanol o metanol que son prácticamente 100% solubles en agua, por lo que me genera una problemática desde el punto de vista de arquitectura del submarino.

Y respecto al CO2 que genera un reformador, ¿Cómo impacta en la tasa de indiscreción de un submarino?

La verdad es que no tiene mayor impacto. Dentro de todo este proceso se genera un porcentaje de CO2, para ese porcentaje de CO2 nosotros tenemos la tecnología. Al igual que en un submarino nuclear y en aquellos submarinos que están operando hoy en día por Mesma, el CO2 es expulsado previo a un tratamiento de modo de que ese porcentaje que sale del submarino se diluye fácilmente. Estamos hablando de que a menos de un metro de distancia de la expulsión del CO2 éste ya está diluido, por lo tanto, no tiene un impacto ni en la firma acústica ni en la firma infrarroja del submarino

¿Y para reducir este CO2 utilizan bombas eléctricas?

Es un sistema nuestro, no podría entrar en detalle de la tecnología, porque también es en beneficio de quienes lo están ocupando en estos momentos. Es un tema bastante confidencial pero lo que sí le puedo asegurar es que es tratado anteriormente y expulsado de tal forma que no tenga incidencia en la firma del submarino.

¿Cuáles son las principales características de la celda de combustible?

La celda de combustible está bastante desarrollada en el mundo civil. El gran desafío para nosotros era hacerla compacta. Como comprenderás, desde el punto de vista arquitectónico del submarino, necesitamos optimizar los espacios, por lo tanto necesitábamos compactarla al máximo posible y eso ya lo logramos hasta el punto de tener un rack donde hay hasta seis celdas de combustible y de las cuales podría llegar a necesitar dos de ellas en caso de fallas y el sistema sigue entregando el mismo rendimiento. Por otra parte robustez, usted comprenderá que el submarino está sometido a un estrés desde el punto de vista de ser finalmente un buque de guerra, por lo tanto tiene que tener la capacidad de recibir castigo en alguna medida, de verse sometido a situaciones de estrés propias de la operación del submarino, sin que tengan impacto en las celdas de combustible. Y finalmente todas las consideraciones desde el punto de vista acústico, la discreción acústica del submarino es primordial, por lo tanto en todos los elementos asociados a la celda de combustible del submarino no hay elementos móviles, el rack donde estan las celdas de combustible está montado sobre descansos elásticos de modo de evitar de alguna manera impactar en la fibra acústica del submarino. En sí, todo el sistema AIP está integrado en una sola sección y tiene exactamente las mismas consideraciones de discreción acústica, plataforma suspendida y con doble suspensión elástica para cada una de sus componentes.

¿La clase Scorpene tiene esas mismas características?

Sí por supuesto, cuando usted va a bordo en un submarino Scorpene, precisamente se va a encontrar con que los principales sistemas que pueden en algún momento generar impacto en la huella acústica están sobre plataformas suspendidas, esas mismas plataformas suspendidas fueron integradas para soportar el sistema AIP.

¿Qué elementos componen el módulo del FC2G?

Hay dos componentes principales, uno es el componente del estanque de oxígeno criogénico y el segundo componente es el módulo de energía. En el módulo de energía tenemos subcomponentes, el primer subcomponente, es la unidad de reformado, después la unidad de intercambio, posteriormente viene una membrana, y finalmente la unidad donde está el pack de las celdas de combustible.

¿En qué consiste el proceso de producción de energía al interior del submarino?

Al interior del submarino, como le mencionaba, el proceso o el objetivo final es llegar a las celdas de combustible con hidrógeno y oxígeno. Primero tengo el proceso de reformado que voy a alimentarlo con diésel y con el oxígeno, y ahí tengo el primer proceso que es químico, en el cual voy a obtener la primera cantidad de hidrógeno, este hidrógeno en la medida que va pasando el proceso, me interesa purificarlo al máximo, para llegar a la celda. 

¿Cuál es la segunda fase?

Después pasa a una fase de intercambio en la cual el producto de todo este procesos químico como el monóxido de carbono lo tengo que eliminar de modo de ir purificando el hidrógeno. Posteriormente pasa a una fase de membrana en la cual hay una tecnología bastante específica nuestra, son verdaderos tubos de paladio milimétrico los cuales solamente dejan pasar el máximo de pureza de hidrógeno y que alimenta las celdas de combustible. En paralelo voy generando un agua que es destilada que la reinyecto de modo de ir produciendo o aumentado mi producción de hidrógeno, y a su vez el remanente de esta agua destilada lo ocupo para compensar el estanque de petróleo, en la misma forma que lo hace un submarino convencional, es por eso que no hay un extra desde el punto de vista arquitectónico para el manejo del agua de compensación.

Continúa en 'A. Covarrubias (Naval Group): "El FC2G entrega hasta tres semanas de autonomía sumergida" (y2)'

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