Hidrógeno

Dentro de la tabla periódica, el hidrógeno es el único elemento que no pertenece a un grupo en particular. Sin embargo, esta forma de aire, como lo llamó Paracelso en el siglo XVI, está dando mucho de qué hablar en el complejo mundo de los energéticos. En principio, es importante mencionar que el hidrógeno se encuentra en total abundancia en todo el Universo. Representa, en peso, el 92% de la materia conocida; del resto, un 7% es de helio (He) y solamente queda un 1% para los demás elementos. Muchos de los combustibles que se emplean actualmente tienen en su composición al hidrógeno, como por ejemplo: la bencina, el gas natural, el propano, el etanol, etc. El gas natural (cuyo principal componente es metano) es precisamente la materia prima que más se utiliza en la industria para generar hidrógeno. El metano es transformado a alta temperatura, mediante procesos con vapor de agua y catalizadores, en un gas rico en hidrógeno que posteriormente se purifica para producir hidrógeno grado industrial. En muchos casos, durante este proceso se genera dióxido de carbono (CO2), el cual es nocivo para nuestro ambiente y la vida en el planeta tierra. Sin embargo, al usar hidrógeno en una celda de combustible (electricidad ó kilowatts/hora), la emisión de contaminantes es mucho menor que la energía que se aprovecharía si se quemara gas natural; por lo que recursos no renovables podrían ser mejor utilizados si se emplearan en forma de hidrógeno.

Otro método para producirlo con mayor pureza y eficiencia es mediante la electrólisis del agua, en la cual se hace pasar corriente eléctrica a través de un reactor electroquímico. Este método se usa también a nivel industrial pero requiere de energía generada a partir de combustibles fósiles, por lo que el beneficio puede ser nulo. Lo más recomendable para que este tipo de suministro llegara a ser toda una revolución, sería la extracción de manera sustentable, por ejemplo: mediante electrólisis del agua acoplado a fuentes renovables como el sol, el viento, sistemas hidráulicos o bien, a partir de biogás generado en procesos de descomposición de desperdicios como los agroindustriales, la basura y aguas residuales.

Las celdas de hidrógeno

El mejor empleo que se puede obtener del hidrógeno como combustible es con los dispositivos de generación de energía eléctrica llamados Celdas de combustible. Este sistema genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquimicamente, sin ninguna combustión de una manera directa, y por lo tanto eficientemente; además, no se agotan como lo haría una batería en tanto se les alimente con hidrógeno y un oxidante. Aunque en un principio el funcionamiento de las celdas fue descubierto en el año de 1839 por William Grove, jurista y físico aficionado británico, fue hasta 1960 en que fueron utilizadas por primera vez en las misiones espaciales de la NASA (Apolo y Geminis), para suministrar energía eléctrica y agua potable, pero en ese momento se enfrentaban aún barreras tecnológicas y altos costos de producción. Hoy en día, para generar cantidades útiles de energía eléctrica las celdas de combustible pueden ser configuradas y conectadas en serie, además de variar el área de sus electrodos y obtener así el voltaje, la corriente y, por lo tanto, la potencia apropiados para la aplicación final.

Existen varios tipos de celdas de combustible, pero de manera general se pueden dividir en aquellas de baja y alta temperatura. Las primeras, aunque son menos eficientes, presentan una menor complejidad de sus sistemas, una mayor velocidad de respuesta y la posibilidad de ser más compactas. Las de alta temperatura son muy eficientes y presentan ventajas como la capacidad de generación de mediana y alta potencia, así como la de poder utilizar combustibles antes de su transformación en hidrógeno. Un ejemplo de ello es el uso de gas natural en sistemas de alta temperatura en donde internamente el metano se transforma en hidrógeno y posteriormente en electricidad. A pesar de las ventajas de las celdas de combustible de alta temperatura como las de óxido sólido (SOFC) y las de carbonatos fundidos (MCFC), éstas aún no alcanzan un grado de comercialización.

El hidrógeno y su desarrollo en el futuro

Al ser una fuente de energía alternativa de reciente aplicación, alrededor de 60 empresas en todo el mundo trabajan en la investigación, desarrollo y determinación del hidrógeno, con el objeto de hacerlo más confiable, durable y de menor costo. Los analistas están considerando seriamente que esta tecnología dará un gran salto hacia nuevas expectativas globales, como en su momento lo hizo el motor de combustión interna, teniendo impactos positivos tanto económicos como en el medio ambiente. Las celdas de combustible, al ser generadoras de electricidad, encuentran una amplio espectro de aplicaciones que van desde dispositivos portátiles como: laptops, agendas electrónicas, teléfonos celulares, autos y autobuses eléctricos, hasta la distribución energética en hogares, comercios, oficinas, escuelas, hospitales y edificios enteros. La tecnología, la ciencia y las políticas energéticas de los países más desarrollados, están cada vez más definidas por el uso de las celdas de combustibles como medios de producción de energía; basta con dar un vistazo a los Estados Unidos, en donde la administración del Presidente George Bush ha comprometido inversiones de más de 1.7 billones de dólares en investigación y uso del hidrógeno como sustituto del petróleo.

Actualmente, los principales fabricantes de automóviles cuentan con programas de investigación y desarrollo de la tecnología. Estas experiencias las encontramos en el NECAR 4 y el NEBUS desarrollados por la empresa Daimler-Chrysler. El primero, a partir del Mercedes Benz Clase A, consume hidrógeno líquido y es considerado como “el vehículo cero emisiones”, alcanzando una velocidad máxima de 145 km/h, con una autonomía de 450km y un espacio para cinco pasajeros y su equipaje. El segundo prototipo, ha reportado eficiencias de conversión de energía de hasta un 55%, casi un 15% mayor que un motor Diesel. Otros ejemplos, se encuentran en los autobuses experimentales de transporte público que circulan por las calles de Chicago y de Vancouver. Estos proyectos han arrojado resultados y experiencias de su comportamiento en condiciones normales de tráfico.
En lo que respecta a plantas de generación las aplicaciones son variadas, desde pequeñas celdas para alimentar teléfonos celulares, pequeños equipos electrónicos, hasta unidades de 200 kW, para alimentar de energía eléctrica a industrias o zonas habitacionales. En la actualidad existen alrededor de 200 instalaciones de este tipo alrededor del mundo con resultados favorables. Empresas como Air Products en Estados Unidos ofrecen una gran variedad de productos con el hidrógeno como materia prima para plantas coproductoras de electricidad (instalación y puesta en marcha), flotas de vehículos industriales propulsados por células de combustible., cursos de formación de operarios y técnicos en la manipulación del hidrogeno a lo largo de todo un proceso en planta, así como auditorias, etc. La flexibilidad de esta “energía limpia” en el mercado no sólo esta suscitando una diferencia entre las empresas del sector energético por impulsar el futuro a su favor, sino que está provocando en Europa, y próximamente en el continente americano, que uno de cada doce puestos de trabajo esté vinculado con la automoción y la combustión de hidrógeno, así como de otras fuentes de energía alternas a los convencionales.

Fuentes

Aguilar Sahagún, Guillermo. El átomo de hidrógeno www.omega.ilce.edu.mx
Cardona, Wilson. El hidrógeno como energía del futuro.www.atinabiotec.cl
www.www.conae.gob.mx
www.smh.org.mx