Parte II
Hasta donde sabemos el hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo, no obstante, la realidad es que no se puede conseguir hidrógeno directamente de la naturaleza, y no hay otro remedio que consumir energía de una u otra manera para obtenerlo. Lo conocemos como la materia más abundante en el Universo, pero distamos mucho de controlarlo en su enorme potencial. El hidrógeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno (¿Se acuerda de la bomba de hidrógeno?), y de una u otra forma todos los demás elementos han tenido su origen en partículas propias del hidrógeno.
El hidrógeno gaseoso sin combinar es extremadamente poco abundante en la atmósfera de la Tierra (1 ppm en volumen), debido a que su pequeña masa le permite escapar de la atracción gravitatoria. Puede ser preparado por medio de varios procesos, pero hoy día el más importante consiste en la extracción de hidrógeno a partir de hidrocarburos, del gas natural en su mayoría, conocido generalmente como “hidrógeno azul”. El hidrógeno azul es el más disponible en la actualidad.
Desde hace tiempo se han desarrollado diferentes modos de extraer hidrógeno: reformado de hidrocarburos, (de gas natural en particular siendo este el método más usado actualmente), a partir de biomasa (como por ejemplo algas, o bien catalizadores orgánicos), por electrólisis del agua, por reducción química (por ejemplo con boro u otras sustancias) o por termólisis, por citar los principales.
Lo que tienen en común todos estos métodos de producción de hidrógeno es que se necesita consumir energía directamente en el proceso, o bien se necesita consumir alguna otra sustancia, y de manera indirecta para obtener esa sustancia se necesita consumir a su vez energía (porque según primer principio de la termodinámica la energía no sale de la nada).
No obstante, la forma mas sencilla de producirlo es mediante un proceso llamado electrólisis, consistente en dividir las moléculas del agua convencional en sus dos componentes, Hidrógeno y Oxígeno mediante un proceso de aplicación de energía eléctrica. Industrializar este proceso requiere obviamente de contar de importantes recursos de energía eléctrica. La pregunta del millón es: ¿De dónde obtenemos esa energía eléctrica? La primera respuesta que nos viene a la mente es “De una usina generadora”, pero la reflexión inmediata sería “OK, ¿Y de dónde sacamos energía para mover la planta generadora? ¿La vamos a obtener otra vez quemando cosas?” Porque si esa fuese la respuesta estaríamos como al principio… o peor, porque para obtener un combustible limpio utilizaríamos un proceso sucio.
¿Existe alguna solución para obtener Hidrógeno mediante un proceso renovable y no contaminante? Si, un proceso conocido como el del Hidrógeno Verde.
El hidrógeno verde es un combustible que se puede producir a partir de agua y de energías renovables, como la que generan los campos de paneles solares captando energía solar o los eólicos, que aprovechan los vientos.
¿Cuánto cuesta producir hidrógeno verde?
Su costo de producción actual es de unos 8 dólares por kilo de hidrógeno, y se calcula que para aplicaciones móviles podría ser competitivo a partir de los 2,5 dólares por kilo de hidrógeno.
¿Cuánto hidrógeno se necesita para un motor?
En primer lugar, definamos a que motor nos referimos, si a un motor de combustión interna que use directamente el hidrógeno como combustible o a un motor eléctrico que obtenga su energía a partir del hidrógeno. Quemar hidrógeno dentro de un motor de combustión interna es una de las formas más ineficientes energéticamente (y caras) de mover un automóvil.
Si consideramos los rendimientos de c/u, en un motor de combustión interna para recorrer 100 km se consumen unos 4 kg de hidrógeno. Con un coche más pequeño, ligero y menos potente se pueden consumir unos 3 kg/100 km. En un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno se viene a consumir 1 kg/100 km. La lógica indicaría que la pila de combustible parecería ser el ideal.
¿Qué es una pila de combustible?
Una pila de combustible, también llamada celda de combustible, (comúnmente nombrado fuel–cell en inglés) es un dispositivo electroquímico en el cual un flujo continuo de combustible conteniendo hidrógeno y un oxidante sufren una reacción química controlada, que da lugar a subproductos y suministra directamente corriente eléctrica a un circuito externo. El proceso electroquímico que tiene lugar es de alta eficiencia y mínimo impacto ambiental. Estos dispositivos alcanzan eficiencias mayores que las máquinas térmicas, una pila de combustible está entre 40-60 %, y puede llegar hasta un 85% a 90 % que comparado con los motores de combustión interna que pueden llegar al 35% al 40%, es decir que duplica el rendimiento de los segundos. Y dado que el proceso no implica la combustión de los reactivos, las emisiones contaminantes son mínimas. En realidad, se trata de celdas de hidrógeno adaptadas para poder consumir combustibles ricos en hidrógeno, lo que le proporciona una notable ventaja desde el punto de vista del almacenamiento del combustible.
No obstante, para la producción del hidrógeno verde se requiere grandes cantidades de energía. Se necesita de gran seguridad para manipularlo: el hidrógeno es un elemento muy volátil e inflamable, por lo que, para evitar posibles fugas y explosiones, se requieren unos protocolos de seguridad elevados
Obviamente las celdas de combustible están en un continuo proceso de desarrollo, pero reiteramos, dadas sus ventajas adaptativas en lo que hace a sus fuentes energéticas primarias parecería ser el dispositivo que mejor se adapta para dispositivos móviles y/o alejados de fuentes de provisión directa del hidrógeno. Particularmente si se utilizan combustibles de origen renovable su impacto ambiental es mínimo.
Mientras que energías limpias como la solar o la eólica son intermitentes, dado que funcionan solo cuando hay sol o viento, el hidrógeno tiene la ventaja de poder almacenarlo. Otra de sus grandes ventajas es la de poder mezclarlo con otros combustibles, particularmente los gaseosos como el gas natural.
Nota; la ilustración no es a escala.
Uno de los actuales problemas del hidrógeno como recurso energético lo plantea su logística en lo que hace al almacenamiento y distribución, dado que debe ser comprimido para poder transportarlo y de que se trata de un gas altamente inflamable. Una solución es transformarlo en portadores, como ser el metanol o el amoníaco. La producción y distribución de hidrógeno, en particular el verde, no es rentable en este momento frente a otros combustibles fósiles como el petróleo o el gas, no obstante, se prevé que para el 2030 sea económicamente competitivo con las energías no renovables.
La producción de hidrógeno verde requiere también de un impulso político, tal como hoy tienen la visión estratégica de potencias de Europa y Asia, que no solo buscan el ansiado combustible limpio, sino ser competidores en el mercado energético del futuro.
Argentina desde el punto de vista de recursos naturales tiene enormes ventajas competitivas visto desde la órbita de las muy abundantes facilidades energéticas renovables, particularmente la eólica y la solar. No obstante, surge en el País una enorme contradicción entre las inversiones concretas dedicadas a la obtención de recursos altamente contaminantes y no renovables como lo son los hidrocarburos, y el megaproyecto de hidrógeno verde recientemente presentado, que pareció obedecer mas a razones políticas electorales que energético estratégicas.
El tema es muy amplio y las posibilidades energéticas también lo son, ambos crecen a un ritmo exponencial. Es por ello que como País nos obliga a pensar seriamente en la formación de profesionales dedicados al conocimiento y desarrollo local de las nuevas posibilidades.
En Argentina disponemos de estudiantes y profesionales a la altura de los mejores y más talentosos del planeta, como para integrarnos a la comunidad internacional y contribuir tanto a la creciente demanda energética como a la problemática de la contaminación ambiental, este último un tema en el que inexorablemente si no actuamos de forma inmediata terminará causándonos daños irreversibles. –
Un abrazo.
Alberto Garibaldi.
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