Generacion Del Hidrogeno

Cada vez se escucha hablar más del hidrógeno por sus propiedades físicas y químicas, como un importante combustible sintético del futuro.

Esto se basa en sus características de ser renovable, abundante y no contaminante, que lo convierten en un combustible ideal. Efectivamente, el hidrógeno es limpio, pues el producto de su combustión con el oxígeno es simplemente vapor de agua. Es abundante y renovable, pues es posible extraerlo a su vez de la descomposición del agua mediante la electrólisis. A continuación considerarán algunos aspectos que surgen de cuestionarse acerca del por qué se considera al hidrógeno el combustible del futuro, cómo es que se llega a él, y principalmente se dará énfasis a los posibles métodos actuales que indican dónde se lo puede acondicionar ya sea para su almacenamiento o transporte en forma segura, práctica y eficiente. Finalmente se mencionarán algunos usos potenciales del hidrógeno mediante en celdas de combustible (CC) como así también las consecuencias sociales y económicas de su uso.

El Hidrógeno como fuente de energía:

El Hidrógeno fue descubierto en 1776, tras un experimento en el que había obtenido agua a partir de la combinación de oxígeno e hidrógeno, con la ayuda de una chispa eléctrica.

El hidrógeno es el elemento más ligero, más básico y más simple del universo. Cuando se utiliza como fuente de energía, se convierte en el combustible eterno. Nunca se termina y, al ser tan simple, no emite contaminación ni residuos peligrosos.

El hidrógeno se encuentra repartido por todo el planeta: en el agua, en los combustibles fósiles y en los seres vivos. Sin embargo, raramente aparece en estado libre en la naturaleza, sino que tiene que ser extraído de fuentes naturales.

El hidrógeno no es un combustible que podamos extraer directamente de la tierra como el gas natural.

La fuente más común de hidrógeno es el agua (H2O). Se obtiene por la descomposición química del agua en oxígeno e hidrógeno partir de la acción de una corriente eléctrica (electrólisis) este proceso divide el agua, produciendo oxígeno puro (O2) e hidrógeno (H).

Usos potenciales del hidrógeno

Los motores de vehículos y hornos pueden ser adaptados para utilizar hidrógeno como combustible con muy pocos cambios en la tecnología del motor convencional.

Quemar hidrógeno produce mucho menos contaminación que la nafta o el combustible diesel. Como ya hemos mencionado el hidrógeno tiene una alta velocidad de llama, límites de flamabilidad altos, además presenta alta temperatura de detonación, y necesita menos energía para su punto de inflamación que la nafta. Sin embargo, a pesar de todas estas ventajas sobre las naftas falta un largo camino para el desarrollo de la producción del hidrógeno.

Una manera más accesible de usar el hidrógeno es a través de celdas de combustible que tiene una eficiencia 2,5 veces mayor que si se quema hidrógeno en un motor térmico

Generación del Hidrógeno

El hidrogeno por naturaleza es un medio de almacenaje y transporte de energía, no una fuente de energía, por lo tanto necesita una fuente extra de energía para producirlo. La molécula del hidrogeno no se encuentra en reservas naturales aunque se puede encontrar en la atmosfera de forma muy poco concentrada. Además es producido por algunos microbios en un ciclo biológico. La mayoría del hidrogeno se encuentra en la molécula del agua (H2O) y en los combustibles fósiles.

Se puede producir de diferentes maneras:

- Usando combustibles fósiles a través de reformación de gas natural o de gasificación de carbón

- Mediante electrólisis usando electricidad y agua (consumiendo aprox. 50 kilowatt/hora por kg de hidrogeno

- Energía nuclear puede ser ocupada de varias formas para la producción del hidrógeno

- Mediante energía solar

Actualmente el impacto ambiental genera una producción de hidrógeno que puede ser comparado con alternativas, tomando en cuenta no solamente la emisión y eficiencia de la producción de hidrógeno, sino también la de la generación de electricidad a través de las celdas de combustible.

Algo realmente importante sobre el proceso de consumo de energía en el proceso de manufacturación del hidrógeno es que este necesita un portador de hidrógeno como el agua o combustibles fósiles. La producción a través de éstos últimos genera dióxido de carbono, mientras que la electrólisis requiere electricidad que en su mayoría es generada usando combustibles convencionales (combustibles fósiles o energía nuclear); fuentes de energías alternativas o renovables como el viento, la energía solar o la biomasa pueden ser usadas, sin embargo son más caras que las convencionales. Por lo tanto no se podría decir que el hidrógeno es verdaderamente independiente de los combustibles fósiles, a menos que la generación de éste sea solamente a través de energía renovable o nuclear.

Almacenamiento

Aunque el hidrógeno molecular tiene una excelente densidad de energía por unidad de masa, a condiciones ambientales tiene una pobre densidad de energía por volumen (esto, debido a que su densidad de masa es mínima, por lo tanto para obtener una masa considerable se necesita un gran volumen). Como resultado de esto, si se quiere almacenar hidrógeno para ocuparlo como combustible dentro de un vehículo, debe ser presurizado o licuado para dar una autonomía adecuada. Al incrementar la presión del gas, se mejora la densidad de energía por volumen, haciendo que el tanque de almacenamiento pueda ser más pequeño pero a la vez más pesado, ya que tiene que ser lo suficientemente resistente para soportar las altas presiones. Lograr altas presiones requiere un uso de grandes cantidades de energía en el proceso de compresión. Alternativamente, una densidad más alta de energía por volumen se puede lograr a través del hidrógeno líquido. Sin embargo el hidrógeno líquido es criogénico (técnica que se ocupa para el licuado) y bulle a los -252,882 ºC a presión atmosférica. El almacenamiento criogénico es más liviano pero requiere una gran cantidad de energía de licuado. El hidrógeno licuado tiene aproximadamente un cuarto de densidad de energía por volumen que la gasolina. Los tanques de almacenamiento tienen que ser muy bien aislados térmicamente para evitar que el hidrógeno bulla. Éste aislamiento es caro y delicado.

El problema del hidrógeno licuado es la fuga de energía que se genera al permanecer almacenado. Se pierde aproximadamente entre un 3% y un 4% de energía debido a fugas de calor, ya que es difícil mantenerlo a una temperatura tan baja.

La masa del tanque de almacenamiento para el hidrógeno comprimido reduce la eficiencia energética del vehículo. Debido a que es una molécula muy pequeña y energética, tiende a fugarse a través de cualquier material que intente contenerlo.

El hidrógeno también puede ser almacenado como hidruro (H-) o como alguna otra molécula que contenga hidrógeno. La molécula de hidrógeno es hecha reaccionar con algún otro compuesto que es el que lo almacena y que puede ser transportado fácilmente. En el punto de uso, el compuesto puede ser descompuesto, liberando el gas de hidrógeno. Tal como la masa y el volumen son un problema para el almacenamiento de la molécula de hidrógeno, el problema para utilizar estos compuestos como medio para transportar el hidrógeno son las altas temperaturas y presión que son necesarios para la generación de éstos. Para muchos potenciales sistemas de generación de hidruro y su posterior regeneración en hidrógeno molecular la energía cinética y el aprovechamiento del calor son temas que tienen que ser superados.

El método de almacenamiento más ocupado en la actualidad por los autos prototipos es hidrógeno en forma de gas a presiones que rondan los 700 bar. Muchas personas creen que la energía necesaria para comprimir el hidrógeno es la mayor barrera para una economía de hidrógeno. Por ejemplo si se considera el mundo entero ocupando hidrógeno en sus autos, entonces una gran cantidad de la energía sería necesaria para comprimir el hidrógeno y así poder almacenarlo. Ésta sería aproximadamente un 30% de la energía utilizada para el transporte. Si ésta energía no es recuperada de alguna forma, el total de la energía usada en compresión se perdería. Los vehículos actuales que utilizan celdas de combustible, son aproximadamente 100 veces más caros por kW generado que los vehículos convencionales a combustión interna.

A continuación se detallan las eficiencias de cada uno de los procesos de almacenaje:

• Almacenamiento por Compresión

Para comprimir el hidrógeno a 200 Bar se necesita invertir 1.08 unidades de energía, para obtener 1 unidad de energía en hidrógeno. Esto es un 92% de eficiencia sin incluir el gasto en energía eléctrica para alimentar el compresor.

Para comprimir el hidrógeno a 800 Bar y así poder transferirlo a un automóvil con presión de 700 Bar se necesita 1.12 unidades de energía, para obtener 1 unidad de energía de hidrógeno. Esto es un 89% de eficiencia sin incluir el gasto de energía para alimentar el compresor. Si se consideran las pérdidas mecánicas y eléctricas del proceso de compresión a 800 Bar, se obtiene una eficiencia de un 80%

• Almacenamiento del Hidrógeno por Licuado

Almacenando el hidrógeno de forma líquida se puede obtener una mayor densidad de

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