domingo, 26 de noviembre de 2017

El Hidrógeno como fuente de energía.

El Hidrógeno como fuente de energía.


 Blanca Ruiz Ojeda
Laura Mª Valbuena Caro

Etiquetas: 2017/18, Hidrógeno, combustible limpio, energía verde.

El uso del hidrógeno como combustible no contamina, sino que solo produce calor y agua, por lo que promete ser la energía verde por excelencia. No obstante, se necesita una fuente adicional para obtenerlo. Y dependiendo cual sea la fuente elegida se emitirá o no CO2 a la atmósfera.




Si el hidrógeno se obtiene 
a partir de un combustible fósil, como es el carbón, el petróleo o el gas natural, durante su producción se producen emisiones de CO2.
-Del carbón y del CH4

  El CO puede continuar oxidándose: 


A este hidrógeno se le denomina hidrógeno sucio, porque su uso ha implicado la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera.

Por el contrario, si el hidrógeno se obtiene a partir del agua y con el aporte energético de energías renovables durante la vida completa del hidrógeno no se habrían producido emisiones de CO2.

En el caso de la biomasa el tema de las emisiones de CO2 es más complejo, ya que para la producción de hidrógeno se ha emitido CO2 sin embargo, ese CO2 fue capturado previamente por las plantas, durante la fotosíntesis para la producción de la propia biomasa. Y todo esto en un ciclo visible por el hombre. (Los combustibles fósiles también capturaron el CO2 de la atmósfera, pero eso sucedió hace millones de años, y no dentro de un ciclo de vida visible por el hombre.)

El caso de la energía nuclear también es complejo, porque la energía nuclear no produce emisiones de CO2, pero produce residuos radiactivos.
Métodos de Producción

En cualquier proceso de producción de hidrógeno hay unas entradas (materias primas y energía) y unas salidas (hidrógeno, subproductos y pérdidas de energía).


Teniendo en cuenta solo los métodos de producción que no originan dióxido de carbono tenemos: la electrolisis y la termólisis, siempre que la electricidad necesaria provenga de una fuente renovable.
En los procesos de reformado y gasificación del agua se obtiene CO2.

Electrólisis: divide la molécula de agua en hidrógeno y oxigeno mediante energía eléctrica. Problema: no representa ninguna ganancia en cuanto al balance total de energía, para efectuarla hay que proporcionar la misma cantidad de energía eléctrica que la que se obtiene al realizar la reacción inversa.

Termólisis: Los procesos de termólisis implican la extracción del hidrógeno de la molécula que lo alberga (hidrocarburo o agua) mediante la aplicación de calor. se habla de procesos de termólisis cuando el calor procede de una fuente externa, como la energía solar concentrada o la energía nuclear de alta temperatura.


Almacenamiento.

Uno de los temas que más preocupan al hablar de la economía del hidrógeno es su almacenamiento, problema aún sin resolver. Las tecnologías de almacenamiento del hidrógeno tienen que mejorar significativamente para que el establecimiento de un sistema basado en el hidrógeno sea posible.

Dos tipos fundamentales de almacenamiento:
·      Estacionario: Sería el que se tendría en los puntos de producción, en los puntos de distribución y en los puntos de consumo estacionario.
·           No estacionario: Sería el almacenamiento para la distribución y el almacenamiento para consumo durante el transporte.

Este último es el que más preocupa, ya que el almacenamiento del combustible no debería de ocupar un espacio excesivo ni representar un alto porcentaje del peso del vehículo. De hecho una de las mayores barreras para generalizar la aplicación de la propulsión basada en el hidrógeno, es el desarrollo de un sistema de almacenamiento que pueda suministrar una cantidad suficiente de hidrógeno con un volumen, peso, coste y seguridad aceptables. La mayoría de los métodos de almacenamiento de hidrógeno establecidos tienen ventajas y desventajas, pero ninguno, hasta la fecha, es claramente superior al resto.


Las elecciones de sistemas de almacenamiento de hidrógeno viables se limitan a:


Figura 4. Sistemas de almacenamiento

Tanques de almacenamiento de hidrógeno comprimido.

Dado que los sistemas y métodos de producción generan hidrógeno gaseoso en lugar de líquido y que el hidrógeno se emplea en su forma gaseosa, parece ventajoso almacenar y transportar el hidrógeno en dicho estado.
Pero la comparación frente a otros combustibles indica que el almacenamiento del hidrógeno gaseoso en recipientes a presión no es competitivo. Esto es debido a la baja densidad del hidrógeno gaseoso y al alto coste de los recipientes a presión. El almacenamiento de hidrógeno gaseoso comprimido es voluminoso y/o pesado y el coste por unidad de energía es alto.

Tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido criogénico.

Un gas es considerado criogénico si puede cambiar a estado líquido al reducir su temperatura a un valor muy bajo.
La consecución de temperaturas tan bajas se logra mediante recipientes de almacenamiento aislados por vacío o bien mediante tanques de doble capa que contienen otro fluido criogénico intermedio como puede ser el nitrógeno líquido.
Los objetivos principales de estos sistemas están orientados a mantener las velocidades de transferencia dentro de unos parámetros de seguridad, fiabilidad y costes.

Hidruros químicos.

Al principio el metal está libre de hidrógeno. A una temperatura dada el hidrógeno se disuelve en la fase metálica aumentando la presión. Conforme aumenta la presión los incrementos en el contenido de hidrógeno son cada vez menores hasta que el material puede considerarse cargado. En la descarga la presión disminuye de manera que debe suministrarse calor si se quieren mantener condiciones isotermas de reversibilidad.
Los problemas encontrados hasta el momento están relacionados con la transferencia de calor, el deterioro del lecho metálico y la necesidad de desarrollar compresores de hidrógeno fiables.

Nanoestructuras de carbono.

Están utilizando varias vías para formar carbono como parte de estructuras cilíndricas microscópicas conocidas como nanotubos y nanofibras.
Figura 5. Estructura de un nanotubo de carbono


Los nanotubos de carbono son fulleros formados por redes hexagonales de carbono que al enrollarse sobre sí mismas presenta la forma tubular. Tiene la ventaja de que puede acumular energía con alta densidad y que el peso del contenedor es más bajo para igual cantidad de energía almacenada. Así se evita lastrar al coche con los pesados depósitos.


CONCLUSIÓN

Si bien es un combustible a tener en cuenta en un futuro de escasez de combustibles fósiles, ha de tenerse claro que el hidrógeno no es una fuente de energía, es sólo una manera de transportarla.
En la actualidad todos los métodos de obtención requieren más energía que la que devuelve, debido a sus características es difícil de acumular, y es peligroso en recintos cerrados ya que explota con relativa facilidad.
Para su viabilidad sería necesario realizar importantes infraestructuras que abaratasen su producción, asegurasen su mantenimiento y facilitasen el almacenamiento


REFERENCIAS

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