Hidrógeno:El Combustible del Futuro Nueva Fuente de Energía


El Futuro es el Hidrógeno :

Antes de 15 años seguro que tendremos un coche de hidrógeno en el garaje. Ni el poderoso lobby petrolero podrá impedirlo.

“Nunca nos quedaremos sin hidrógeno, pero el petróleo tiene los días contados.”

Elemento Hidrógeno: Sólo hay un elemento en la tabla periódica que no pertenezca a ningún grupo en particular: el hidrógeno. Este elemento tiene una química singular. Además sus tres isótopos difieren tanto en sus masas moleculares que las propiedades físicas y químicas son sensiblemente diferentes.

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. Representa, en peso, el 92% de la materia conocida; del resto, un 7% es de He y solamente queda un 1% para los demás elementos. En nuestro planeta es el 10º elemento mas abundante en la corteza terrestre Lo encontramos combinado en forma de agua (su compuesto mas abundante; cubre el 80% de la superficie del planeta), materia viva (hidratos de carbono y proteínas; constituye el 70% del cuerpo humano), compuestos orgánicos, combustibles fósiles (petróleo y gas natural), etc. El hidrógeno es constituyente de un número muy grande de compuestos que contienen uno o más de otros elementos. Esos compuestos incluyen el agua, los ácidos, las bases, la mayor parte de los compuestos orgánicos y muchos minerales. Los compuestos en los cuales el hidrógeno se combina sólo con otro elemento se denominan generalmente hidruros.

El empleo más importante del hidrógeno es en la síntesis del amoniaco. La utilización del hidrógeno está aumentando con rapidez en las operaciones de refinación del petróleo, como el rompimiento por hidrógeno (hydrocracking), y en el tratamiento con higrógeno para eliminar azufre. Se consumen grandes cantidades de hidrógeno en la hidrogenación catalítica de aceites vegetales líquidos insaturados para obtener grasas sólidas. La hidrogenación se utiliza en la manufactura de productos químicos orgánicos. Grandes cantidades de hidrógeno se emplean como combustible de cohetes, en combinación con oxígeno o flúor, y como un propulsor de cohetes impulsados por energía nuclear.

Como deciamos antes, el hidrógeno es el elemento más simple y común del universo, será la energía del siglo XXI, según un informe que acaba de publicar el World Watch Institute, prestigiosa organización independiente de investigación medioambiental, el interés por el hidrógeno está creciendo en todo el mundo. El cambio climático provocado por la quema de combustibles fósiles y la seguridad energética son dos razones que impulsan las investigaciones acerca de este elemento. Otra razón es el creciente desarrollo en los últimos años de las pilas de combustible, que utilizan el hidrógeno para generar electricidad y únicamente producen como subproducto vapor de agua. Una tecnología impulsada, fundamentalmente, por las multinacionales automovilísticas, que están destinando cifras multimillonarias a la investigación y desarrollo de las pilas de combustible. Así, Daimler-Chrysler va a invertir 200.000 millones de pesetas en diez años y Toyota ha anunciado que comenzará a vender un coche que utilice pilas de combustible en el 2003.

Para Seth Dunn, el autor del informe del World Watch Institute, ” la pregunta clave ya no es si no dirigimos hacía un mundo basado en el hidrógeno como energía, sino cómo llegaremos hasta él y cuánto tiempo nos llevará”. En la actualidad, el 99% del hidrógeno que se produce en el mundo se extrae de combustibles fósiles, principalmente del gas natural, que contaminan el aire y contribuyen al cambio climático. A largo plazo, el hidrógeno procederá de fuentes de energía renovables que, mediante la fotólisis, usarán la energía procedente del sol, del viento o de cualquier otra fuente, para separar el agua en hidrógeno y oxígeno.

Hidrógeno: Combustible del futuro

Hidrógeno: Combustible del futuro

Sin embargo, Dunn advierte que en estos momentos la tendencia de los gobiernos y de la industria es mantener la dependencia energética de los hidrocarburos, por lo que los desarrollos tienden hacia producir el hidrógeno de la gasolina y el metano, en el propio motor de los automóviles. Ante esta situación, el autor sugiere una posición intermedia: transportar el gas natural hasta las estaciones de servicio, utilizando la extensa red de gasoductos que ya existe. Una vez allí, el gas natural se convertiría en hidrógeno que ya podría ser empleado por los vehículos de pilas de combustible. Posteriormente, la producción de hidrógeno en estas estaciones de servicio podría llevarse a cabo mediante fuentes de energía renovable.

“Por sí solas, las fuerzas mercado no moverán a la sociedad con suficiente rapidez hacia una economía basada en el hidrógeno”, afirma Dunn. En su opinión, al igual que los gobiernos impulsaron los primeros pasos de internet, parece necesario que ahora vuelvan a asumir el papel de acelerar el transito de nuestra sociedad hacia economía basada en la energía limpia del hidrógeno.

Hechos y actuaciónes: ¿Se convertirá el hidrógeno en el combustible renovable e inagotable del futuro? Los científicos van tras dos pistas distintas. Una, muy avanzada y en fase de desarrollo, se refiere a las pilas de combustible. La otra, mucho más remota, se refiere a la fusión de núcleos de hidrógeno.

A diferencia de las pilas convencionales, que agotan los reactivos electroquímicos que generan la corriente, las pilas de combustible son generadores de electricidad (y, accesoriamente, de calor) que utilizan la reacción entre el hidrógeno que se renueva continuamente (como combustible) y el oxígeno del aire (como comburente) para producir agua liberando electrones. En Europa, Estados Unidos y Japón se está llevando a cabo una intensa actividad de investigación industrial sobre numerosas variantes de pilas de combustible, tanto para motores eléctricos de vehículos como para nuevas generaciones de centrales de producción de electricidad y calor. Esta prometedora forma de producción de energía sostenible debería penetrar de manera importante en el mercado de aquí a una o dos décadas.

La ambición sin medida común de lograr la fusión tiene por objeto reproducir de forma controlada el ingente proceso de producción de energía que acaece en el universo estelar mediante la fusión de núcleos de hidrógeno en núcleos más pesados de helio. Desde hace casi cuatro décadas, Europa se ha volcado en una intensa investigación de esta energía del futuro, que haría saltar por los aires la hipoteca que supone el agotamiento progresivo de los recursos fósiles, y ello sin producir emisiones contaminantes ni residuos radiactivos. En la actualidad, la fusión es objeto de una amplia cooperación mundial (ITER) encaminada a conseguir un primer reactor experimental.

Las pilas del futuro: Además de poder llegar a ser una fuente de energía ecológica para los vehículos del futuro, la pila de combustible constituye asimismo una prometedora alternativa para aplicaciones a escala industrial. Un consorcio de empresas alemanas y danesa han logrado, en el marco de un proyecto europeo, un tipo nuevo de grupo electrógeno móvil, capaz de alimentar instalaciones tanto en electricidad como en calor.

Energía estelar: En la vanguardia mundial, los conocimientos europeos en investigación de la fusión se han logrado en gran medida gracias a la importante inversión realizada en el JET (Joint European Torus ) en Abdington (Reino Unido). En esa instalación futurista se han llevado a cabo con éxito experimentos de producción breve de energía de fusión que alcanza una potencia de 1,7 MW.

El control de la energía, estrechamente ligado al destino del ser humano a través de toda su historia, se encuentra ahora ante un triple desafío: el imperativo de satisfacer las necesidades de los países en desarrollo, el agotamiento tarde o temprano de los recursos fósiles y la amenaza del calentamiento planetario debido al consumo masivo de dichos recursos.

Es, por tanto, urgente e indispensable aprovechar las inmensas reservas de las fuentes de energía renovables, ecológicas y sostenibles, que encierra el ecosistema terrestre. Los ciclos atmosféricos e hidráulicos, la radiación solar, la energía de los vegetales, la geotermia y la utilización de las propiedades combustibles del hidrógeno constituyen yacimientos a la espera de ser explotados. Dar curso a esta prioridad exige, no obstante, un profundo cambio en nuestras formas centralizadas de producción y consumo.

Tras firmar el protocolo de Kioto y comprometerse a reducir el efecto invernadero, Europa se ha fijado el objetivo de duplicar la proporción de energías renovables de aquí a diez años. Los proyectos de investigación desempeñan un papel fundamental en esta política voluntarista. Están encaminados no sólo a la innovación tecnológica, sino también a permitir salvar los obstáculos estructurales a la integración de los recursos sostenibles en nuestra vida diaria.

ALGO MAS SOBRE EL HIDRÓGENO….

La aplicación más importante del hidrógeno es la producción de amoníaco (NH3) sintetico, materia prima para la fabricación de ácido nítrico y abono nitrogenados. Generalmente, se fabrica el gas amoníaco en instalaciones vecinas a las coquerías y refinerías de petróleo, para aprovechar el hidrógeno que se desprende de ellas.

El procedimiento Haber consiste en comprimir, enormemente, una mezcla de nitrógeno e hidrógeno a altas temperaturas, y hacerla pasar sobre un catalizador adecuado. Los catalizadores para el hidrógeno se clasifican en enérgicos y suaves. Entre los primeros hay metales finamente divididos, como el níquel y el cobalto, o bien óxidos y sulfuros de molibdeno v tungsteno.

Entre los segundos se encuentran metales, como el platino y el paladio, y óxidos de cinc, cobre y cromo. Cada catalizador exige una presión y una temperatura particulares. Se entiende que cuando una reacción, como la del hidrógeno con el oxígeno, desprende gran calor, éste la acelera espontáneamente aunque el catalizador que la inició sea suave.

Uso en la industria: La combustión de hidrógeno desprende mucho calor y su llama funde el metal. Esta propiedad permite su aplicación para varios usos, desde el corte de vigas hasta el trabajo en los astilleros, donde resulta indispensable por su precisión dimensional. El manejo del soplete puede ser manual, y también automático cuando se cortan piezas en serie.

CÓMO SE CONVIERTEN LOS ACEITES EN GRASAS
En la página 75 hemos visto cadenas de carbono combinado con hidrógeno. Se trataba entonces de hidrocarburos saturados, en los que no era posible añadir más hidrógeno, sin quebrar la cadena. Estos compuestos son sólidos a partir de cierta longitud de la cadena. Pero existen cadenas en las que los átomos de carbono están unidos por más de un lazo, y que pueden, por lo tanto, aceptar una adición de hidrógeno.

Estas cadenas no saturadas suelen ser líquidas cuando las saturadas de igual longitud son sólidas. Por ejemplo el compuesto H2C=CH2, no saturado, puede convertirse en el compuesto H3C — CH3, saturado. Mediante la hidrogenación catalítica de compuestos no saturados, la industria obtiene actualmente margarina y grasas comestibles, que son compuestos saturados. Los aceites vegetales se convierten en grasas sólidas cuando por procedimientos catalíticos se les incorpora hidrógeno.

OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO
El procedimiento industrial más corriente consiste en hacer pasar vapor de agua a muy alta temperatura sobre sustancias que como el hierro, el carbono o algunos de sus compuestos (hidrocarburos) son capaces de retener el oxígeno del agua (HaO). El hidrógeno queda entonces libre. Como a altas temperaturas se forma mo-nóxido de carbono (CO), que a temperatura un poco menor y en presencia de más vapor puede convertirse en bióxido de carbono (C02), se enfría un poco la mezcla y se,obtiene aún más hidrógeno.

Los metales muy activos forman con el hidrógeno compuestos llamados hidruros que regeneran el hidrógeno en presencia de agua, que el metal descompone. En el laboratorio se utiliza el hidruro de calcio que da unos mil litros de hidrógeno por kilo.

USOS DEL HIDRÓGENO PURO
Se usa principalmente en el soplete oxhídrico, y cuando hay que emplear un gas muy liviano, sin que su posible inflamación constituya un peligro grave. En los dirigibles se usa el helio, que es inerte, mientras en los globos meteorológicos puede emplearse el hidrógeno.

La bomba de hidrógeno es una reacción no controlada, autoali-mentada, que resulta de la fusión de los núcleos de deuterio o hidrógeno pesado en otros mayores y más pobres en energía, cuyo exceso es liberado por la bomba. Dicha reacción se llama termonuclear porque debe ser iniciada con una temperatura de unos 35 millones de grados, que se obtienen con una pequeña bomba clásica de uranio.

Hidrólisis del Agua

Separación de agua en sus componentes, oxígeno e hidrógeno, por electróliis. Las burbujas de oxígeno aparecen en el polo positivo y las de hidrógeno, en el negativo. Para que el agua conduzca la electricidad se le ade un electrólito (sal, ácido o base) que se divide en iones capaces de insportar los electrones en el líquido.

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