El Hidrógeno como fuente de energía.
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.
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:
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| 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.
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.
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| 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
http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/30127/fichero/Cap%C3%ADtulo+2+-+Producci%C3%B3n+de+Hidr%C3%B3geno.pdf
Figura 2. Energetica del Hidrogeno. Clara Fernández-Bolaños(28.11.17)
Figura 3. Club ciencias de la naturaleza. (28.11.17)
Figura 3. Club ciencias de la naturaleza. (28.11.17)
Figura 4. Tecnologias de hidrógeno y celdas de combustible. (28.11.17)
Figura 5. Métodos de síntesis de nanotubos de carbono (28.11.17)
Figura 5. Métodos de síntesis de nanotubos de carbono (28.11.17)
Hindenburg
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