Hidrógeno, la energía del futuro

Fuente: Everde.cl

Incoloro, inodoro y no tóxico, el gas hidrógeno es el más sencillo de todos los elementos. El átomo de hidrógeno común está formado sólo por un protón y un electrón, responsable del brillo de las estrellas y fuente de la energía que recibimos de la que tenemos más cerca, el Sol.

En nuestro planeta el hidrógeno se encuentra en algunos elementos como en el agua y de otros muchos compuestos químicos, como los ácidos o los alcoholes. El hidrógeno, esencial para la vida, forma parte de toda la materia orgánica, incluidas las personas, que somos un 10% hidrógeno. Hay hidrógeno, por tanto, en la biomasa y el biogás; pero, sobre todo, en la biomasa y el biogás de hace millones de años, que hoy quemamos en forma de carbón, petróleo y gas natural. Rompiendo los enlaces de las moléculas que lo contienen mediante diferentes tecnologías, se consigue producir hidrógeno y, una vez almacenado y transportado, utilizarlo como combustible o en otras aplicaciones.

El hidrógeno es capaz de proporcionar más energía por unidad de masa que cualquier otro combustible conocido: 33,3 kWh por kg, frente a los 13,9 kWh del gas natural o los 12,4 kWh del petróleo, por ejemplo. Se trata también un combustible limpio a nivel local, que, cuando se quema, lo único que produce, además de energía, es básicamente vapor de agua, librándonos, entre otras, de las emisiones de CO2, el principal gas de efecto invernadero. Y gracias a la pila de combustible el hidrógeno es, además, un intermediario energético eficiente y tan versátil como la electricidad –que, conviene recordar, tampoco es una fuente de energía, sino un “vector energético“, que es como llaman los expertos a estas formas intermedias de la energía, que permiten transportarla y convertirla después en otras formas de energía.

Pero, por encima de todo, el hidrógeno puede almacenarse. Y esta capacidad de servir de almacén de energía, que no tiene la electricidad, es la que da sentido al “despilfarro” energético y económico que, según algunos, supone la transformación de energía eléctrica en un hidrógeno cuyo fin es convertirse otra vez en (menos) energía eléctrica; y la que convierte al hidrógeno en el complemento ideal de las energías renovables, especialmente la eólica y la solar, que sólo funcionan cuando sopla el viento y hace sol: en las horas de baja demanda el viento y el sol se utilizarían no para cargar de energía unas aparatosas, contaminantes y siempre insuficientes baterías, sino para producir hidrógeno, que podríamos utilizar después en una pila de combustible para producir electricidad en casa o viajar en un coche “movido por el viento” sin necesidad de instalar un aerogenerador en el techo del vehículo. Con el apoyo del hidrógeno, las renovables se abrirán paso en el sector de la automoción y se convertirán en las (verdaderas) sustitutas del petróleo.

¿Cómo se almacena el Hidrógeno?

Por las propiedades físicas del hidrógeno, almacenarlo supone todo un reto, sobre todo cuando se trata de hacerlo en un contenedor pequeño, ligero, seguro y barato, como tiene que ser el depósito de un coche. Puede parecer extraño, cuando se sabe que un kilo de hidrógeno genera la misma energía que casi tres de gasolina. Sin embargo, ese kilo ocupa mucho volumen, por lo que la cantidad de energía que aporta el hidrógeno por unidad de volumen –su densidad energética– es bajísima. Tan baja que, de utilizar hidrógeno sin “tratar”, los coches serían “depósitos con ruedas” o se quedarían sin combustible casi antes de arrancar. Para almacenar 4 kg de hidrógeno, que es la cantidad que consume un coche a pila en una distancia de 400 km, se necesitaría un depósito equivalente a un globo de más de 5 m de diámetro. Naturalmente, la solución al problema pasa por reducir el volumen del hidrógeno como se reduce el volumen de todos los gases: comprimiéndolo, o enfriándolo hasta licuarlo. Técnicamente, lo más sencillo es comprimirlo a una presión de 200-350 bares, pero el hidrógeno sigue ocupando muchísimo: a 200 bares, almacenar los 4 kg exigiría un depósito de 250 litros.

El desarrollo de nuevos materiales –composites de fibras de carbono con polímeros o aluminio, por ejemplo– está permitiendo almacenarlo a presiones de hasta 700 bares, que permiten embarcar mayor cantidad con menos volumen.

En estado líquido, el hidrógeno ocupa 700 veces menos que a temperatura ambiente y a presión atmosférica, pero se necesita frío, mucho frío, para alcanzar los 253 ºC bajo cero que necesita el hidrógeno para cambiar a este estado. Y para generar tanto frío hace falta, cómo no, energía: el 30-40% de la que obtendríamos de ese hidrógeno. Aún así, un coche típico necesitaría un depósito de más de 100 litros de capacidad para mantener iguales prestaciones que uno de gasolina y añadiríamos el problema que supone mantener líquido el hidrógeno a pesar de la temperatura ambiente exterior.

En los últimos años se está investigando mucho en sistemas más eficientes. Hasta la fecha, las dos alternativas que más convencen son el almacenamiento del hidrógeno en hidruros metálicos y en nanotubos de carbono. Los hidruros metálicos son combinaciones del hidrógeno con ciertos metales o mezclas de metales, que se obtienen enfriando la mezcla metálica e introduciendo hidrógeno a presión. El atractivo de este sistema radica en que la reacción es reversible: calentando el hidruro y disminuyendo la presión, el hidrógeno se libera y puede ser utilizado como combustible. Es una forma de almacenamiento estable y segura, pero tiene el inconveniente de que los hidruros que operan a baja temperatura –que pueden liberar el hidrógeno a sólo 40-90 ºC y tienen mayor capacidad de almacenamiento– son muy lentos y pesados, por lo que resulta más adecuada para otras aplicaciones.

Los nanotubos de carbono, que almacenan hidrógeno con mejor eficiencia y pueden operar a temperatura ambiente, pueden llegar a ser la solución. Pero aún queda mucho por hacer en este aspecto, puede que menos apasionante, pero fundamental si realmente pretendemos que en el futuro el hidrógeno mueva nuestros coches.

De momento, algunas marcas han optado, como solución transitoria, por incorporar en el vehículo un reformador que convierte en hidrógeno otro combustible primario que ocupe menos –metanol o gasolina, por ejemplo– mientras el coche anda.

¿Cuál es la utilidad actual del Hidrógeno?
En el mundo se producen cada año alrededorde 50 millones de toneladas de hidrógeno. Sin embargo, sólo una mínima parte de ese hidrógeno se utiliza para producir energía, principalmente en aplicaciones espaciales. Casi la mitad se emplea para elaborar fertilizantes basados en amoníaco. También se utiliza hidrógeno en la fabricación de metanol y agua oxigenada, así como para “hidrogenar” los aceites orgánicos comestibles derivados de la soja, los cacahuetes, los cereales y el pescado, además de para refrigerar motores y generadores. Pero quien conoce bien al hidrógeno es la industria petroquímica, que lleva años utilizándolo como materia prima de una amplia gama de productos derivados del petróleo y para reducir la cantidad de partículas, aromáticos y sobre todo azufre presentes en la gasolina y el gasóleo. La utilización del hidrógeno como combustible abre a la industria del petróleolas puertas de un nuevo mercado, en el que, junto a las empresas especializadas en la producción y el suministro de gases, ocuparán un lugar privilegiado, por lo menos al principio.

Fuente: Everde.cl