Purificación Hidrógeno

1. Introducción.

El hidrógeno (H2), el elemento más abundante del universo, es un vector o "portador de energía" cuyo principal valor añadido frente a la electricidad es su capacidad de ser almacenado. De hecho, el hidrógeno es complementario a la electricidad, puesto que la tecnología ha desarrollado equipos que consumiendo agua y electricidad producen hidrógeno y oxígeno (electrolizadores), así como otros que, a partir del hidrógeno y del oxígeno del aire, producen electricidad y agua (pilas de combustible y equipos de combustión como motores o turbinas).

El hidrógeno representa una forma de almacenar fuentes renovables de energía garantizando un abastecimiento permanente y continuo de energía limpia para la sociedad. Por eso existe un amplio consenso de que el H2 va a jugar un papel destacado en el futuro sistema energético sostenible, hasta el punto de que se llega a hablar de la "economía del hidrógeno", como un cambio de paradigma frente a la economía del petróleo que impulsó el desarrollo en el siglo XX.

2. Ventajas y desventajas.

2.1. Ventajas.

Las ventajas del uso del hidrógeno son las siguientes:

• El hidrógeno es un combustible extraído del agua, la cual es un recurso muy abundante e inagotable en el mundo.

• La combustión del hidrógeno con el aire es limpia, evitando así la contaminación del medio ambiente.

• Los productos de la combustión son en su mayoría vapores de agua, los cuales son productos no contaminantes.

Las razones por las cuales se considera la combustión del hidrógeno como una combustión limpia, son las siguientes:

• Los productos de la combustión del hidrógeno con aire son: vapor de agua y residuos insignificantes donde la máxima temperatura es limitada. Algunos óxidos de nitrógeno son creados a muy altas temperaturas de combustión (2000 °C), afortunadamente, la temperatura de autoignición del hidrógeno es solamente de 585 °C

• Una máquina de combustión interna que utiliza hidrógeno como combustible puede ser ajustada para que la emisión de NOx sea 200 veces menor que la de los vehículos actuales. Una forma práctica para controlar la temperatura de combustión consiste en inducir agua a la mezcla hidrógeno - aire. Con la inyección de agua, el escape de los vehículos manejados con hidrógeno es simplemente vapor de agua que retorna a la atmósfera sin contaminar el aire ni producir lluvia ácida.

2.2.Desventajas .

Las desventajas del uso del hidrógeno son las siguientes:

• Como no es un combustible primario entonces se incurre en un gasto para su obtención.

• Requiere de sistemas de almacenamiento costosos y aún poco desarrollados.

• Elevado gasto de energía en la licuefacción del hidrógeno.

• Elevado precio del hidrógeno puro.

3. Electrólisis del agua.

La electrólisis es un proceso de obtención de hidrógeno, pero también es un proceso de purificación ya que el hidrógeno que obtenemos es puro y limpio.

Esta tecnología es la que podría considerarse más inmediata y natural para producir hidrógeno. Las tecnologías de producción pueden dividirse en dos grandes categorías: la del electrolizador alcalino y la de intercambio protónioco de membranas.

Mientras que la primera es la técnica preferida para producción en gran escala, la segunda es la que es utilizada en pequeñas aplicaciones. Sin embargo, a largo plazo, esta es la que presenta un mejor futuro, no sólo por las mejoras en las membranas utilizadas sino incluso por su capacidad de incremento modular, instalando en paralelo unidades individuales.

La eficiencia del proceso de electrólisis es de hasta el 75%, pudiendo llegar hasta el 95% incrementando la temperatura del reactor.

Las ventajas de estos métodos son las siguientes:

• Tecnología suficientemente contrastada y con posibilidad de importantes mejoras en el caso de las membranas.

• Proceso ecológicamente muy aceptable, sin producción alguna de CO2.

• Gran flexibilidad de tamaños de plantas, combinadas con el uso de diferentes tecnologías en el caso de las membranas.

• Rendimiento elevado en el caso de la electrólisis alcalina y aceptable aunque variable para cada caso, para las membranas.

Y sus inconvenientes:

• Los electrodos tienen un proceso de desgaste muy intenso y su producción, para garantizar su pureza, es compleja y delicada.

• El consumo de electricidad para estos procesos es muy elevado y, como en consecuencia los costes de producción son también muy elevados.

• La generación de hidrógeno asociado a energías renovables, plantea el problema del necesario sobredimensionamiento de, al menos una parte de las instalaciones (lo que puede convertirse en una ventaja si la producción de hidrógeno se combina con la utilización de la electricidad no de forma exclusiva sino como excedente en horas-valle asociada con el suministro de electricidad a la red).

Se parte de una solución acuosa de NaOH o de KOH para que haya una alta conductividad iónica

Cátodo: 2H2O + 2 e-  2 OH- + H2

Ánodo: 2OH-  H2O + 1/2 O2 + 2 e-

Global: H2O  H2 + 1/2 O2

4. Tecnologías

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