Hidrógeno
Energías alternativas
El hidrógeno ya se utiliza en celdas de combustible para los transbordadores y ha tomado mucha fuerza en el mundo como opción para reemplazar los combustibles fósiles.
The hydrogen economy
La economía del hidrógeno
El hidrogeno representa la energía del futuro, con su abundancia en muchas zonas del mundo en diversas formas. Su uso no es directo y se parte de compuestos como el agua y algunos hidrocarburos que, por medio de procesos químicos, produzcan el deseado hidrógeno. En la actualidad, casi todo el hidrógeno del mundo se produce por reformado por vapor del gas natural que, aunque no reduce significativamente el uso de combustibles fósiles, le da un mejor uso ambientalmente. Para producirlo a partir del agua se requiere de la electrólisis, pero el problema aquí radica en la inversión.
Las fuentes más importantes a futuro para la producción de hidrogeno, aparte de las dos mencionadas, son: los ciclos termoquímicos nucleares, los procesos bioquímicos y biológicos naturales, la energía solar, la energía eólica y la energía hidráulica. Estas alternativas son interesantes porque combinan el uso de energías renovables para la obtención de combustibles, logrando un ciclo completo de energía limpia y eficiente.
Entre sus aplicaciones incluyen, no sólo los usos en vehículos para transporte, sino en sistemas electrónicos y en generación térmica de procesos industriales.
Un punto importante en la industria del hidrogeno es su almacenamiento. A diferencia de las redes eléctricas donde lo que se produce se utiliza inmediatamente, el hidrogeno requiere de un proceso de almacenamiento. El método tradicional son cilindros horizontales a presión; también se puede almacenar como líquido, aunque los costos son altos. Los materiales son un factor muy importante, ya que deben ser muy resistentes y con propiedades antiexplosivas, porque el hidrógeno es un elemento fácilmente inflamable. Su transporte es igualmente complicado, y las normas de seguridad son extremadamente rigurosas. Para cumplir con las restricciones de volumen en los transportes, las presiones requeridas son de 10000 psi, siendo necesario en algunos casos el uso de litio, nitrógeno o carbón. Muchas de estas características son las que hacen al hidrógeno inviable hoy en día, aunque no en el futuro; la situación es mucho mas complicada si se aplica a las celdas en los automóviles, donde los riesgos son mucho más altos, las condiciones son sumamente variables y los tamaños debe ser muy reducidos.
El presente documento fue elaborado por George W. Crabtree, Mildred S. Dresselhaus y Michelle V. Buchanan y fue publicado en la revista Physics Today del American Institute of Physics (College Park, MD, Estados Unidos). Se encuentra alojado en el sitio web de Tecnet, mantenido y desarrollado por la compañía Enel (Italia). La publicación Physics Today recopila todos los avances científicos de los Estados unidos en materia de investigación y desarrollo, principalmente en el campo de la física.
El hidrógeno y la energía
Hydrogen and energy
El hidrógeno, a pesar de ser el elemento más simple, es uno de los más esenciales para la vida. En el Sol, el hidrógeno sufre un proceso de fusión que libera gran cantidad de energía y que es captada por las plantas, que transforman esta energía química en carbohidratos, implicando la transferencia de hidrógeno del agua al dióxido de carbono. Ya existen motores de combustión interna que trabajan con este gas, aunque su tecnología es muy costosa. En el futuro se espera que sea reemplazo de los combustibles fósiles en algunos medios de transporte.
El hidrógeno no es uno de los gases con mayor relevancia comparado con los conocidos oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono, pero se encuentra presente de muchas formas. Una de sus aplicaciones más recordadas es en los dirigibles (zeppelins), basándose en la baja densidad de este elemento (7% de la densidad del aire), y se dejó de usar con el fatídico accidente del Hindenburg en 1937.
En el laboratorio se puede producir a partir de ácido sulfúrico y zinc, generando hidrógeno y sulfato de zinc. Su importancia radica en su reacción de combustión, en la cual dos moles de hidrógeno reaccionan con una de oxígeno para formar una molécula de agua; esta reacción es altamente exotérmica (libera energía en forma de calor), produciendo 283 kJ.
Para tener una idea de esta cantidad de energía, si se aplicara a un litro de agua a 15°C su temperatura aumentaría a 83°C. El principal problema en el uso del hidrógeno como combustible es que se encuentra siempre combinado con otros compuestos, así que para llevar a cabo su combustión es necesario liberarlo previamente de otro compuesto que lo contenga. Una de las alternativas utilizadas para esto es la electrolisis del agua, que es la reacción inversa a la ya mencionada, rompiendo la molécula de agua y dando lugar a la formación de hidrógeno y oxígeno. La energía requerida para este proceso es igualmente alta, y actualmente esto no se puede desarrollar de manera masiva; sólo cuando esto sea posible, el hidrógeno podrá establecerse como combustible comercial.
El presente documento fue elaborado por Aurelio Mendoza Medellín (Universidad Autónoma del Estado de México, Toluca, México). El documento fue publicado en Ciencia Ergo Sum (Vol. 13, No 001, marzo-junio, 2006, pp. 99-104), revista integrada a la Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Redalyc, proyecto impulsado por la Universidad Autónoma del Estado de México. Ciencia Ergo Sum es una publicación multidisciplinaria que busca la difusión científica de investigadores mexicanos.
