Hidrógeno: el combustible del futuro (i)

Imagínate poder usar como fuente de energía el elemento químico más abundante del Universo. Aquel cuyos átomos pueden encontrarse en compuestos tan diversos como el aire, el agua, el amoniaco o los propios hidrocarburos. Es el hidrógeno, cuyas increíbles propiedades ya lo están convirtiendo en la gran apuesta de la energía renovable del futuro. En este primer artículo sobre el tema te invitamos a conocer:

• Por qué se está apostando por el hidrógeno
• Los retos de la obtención del hidrógeno
• Cómo puede aunar fuerzas con la energía fotovoltaica
• Sus aplicaciones como vector energético

Antes de nada… ¿Por qué hidrógeno?

Probablemente hayas oído muchas veces decir que vivimos en “la sociedad de los combustibles fósiles”. Es una denominación bien elegida, puesto que la mayor parte de la energía destinada a nuestra actividad humana la obtenemos de la combustión de compuestos formados desde hace millones de años. Las energías renovables están contribuyendo con fuerza a crear un nuevo modelo energético pero, al menos por el momento, los combustibles fósiles siguen mandando.

Si se apuesta por el hidrógeno para acabar definitivamente con los combustibles fósiles es por una doble diferencia que tiene con ellos:

• Al contrario de lo que ocurre en la combustión de compuestos fósiles, la combustión del hidrógeno –es decir, la reacción que produce el hidrógeno al ponerlo en contacto con el oxígeno- no produce emisiones contaminantes de CO2, sino agua, que no es contaminante.

Las reservas de combustibles fósiles están llamadas a agotarse antes o después mientras que el hidrógeno es el elemento químico más abundante en nuestro planeta y, de hecho, en todo el universo (el sol y otras estrellas son un 75% hidrógeno).

Es 6 de mayo de 1937 en Nueva Jersey y el majestuoso dirigible alemán Hindenburg, más largo que tres Boeing 747 juntos, se dispone a tomar tierra. De repente, algo inimaginable tiene lugar. Los restos de electricidad estática de una tormenta  en la zona incendian una de las 14 bolsas gigantes de hidrógeno del coloso, desencadenando el desastre. Sólo 40 segundos más tarde, el fuego ha devorado el legendario zepelín, cuya estructura yace como un amasijo inerte en el suelo del aeródromo. Todos tranquilos, ¡se ha avanzado mucho desde entonces!

Dato histórico

¿De dónde sale el hidrógeno?

Por si alguno o alguna se lo estaba preguntando: no, no hay yacimientos de hidrógeno donde uno pueda ir con un pico y una pala a buscarlo. El hidrógeno hay que obtenerlo –o más bien, extraerlo- a partir de los compuestos de los que forma parte: agua, gases, hidróxidos, elementos orgánicos como la biomasa o los residuos… y también los hidrocarburos. Ahora bien, separar el hidrógeno de estos otros elementos no es un proceso simple, de hecho, hacerlo de un modo práctico y viable económicamente es uno de los grandes retos a los que se está enfrentando la ciencia actualmente. 

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A día de hoy, en torno al 95% del hidrógeno se obtiene extrayéndolo de los hidrocarburos (metano, propano, naftas, gas natural, etc…) a través de un proceso denominado reformado. En esencia, el reformado de hidrocarburos es un proceso controlado –y más vale que sea así, puesto que el hidrógeno es altamente inestable- en el que mediante un aporte de vapor a alta temperatura y un catalizador se rompe el enlace hidrógeno-carbono de estas sustancias.

El 5% restante del hidrógeno que se produce se consigue de una forma mucho más limpia, extrayéndolo no de hidrocarburos sino del agua mediante electrolisis, en la que usa electricidad para disociar la molécula de agua, aislando así el hidrógeno.

Tanto el reformado como la electrolisis tienen, además de su complejidad, un número de condicionantes a los que, como hemos dicho, los científicos están intentando dar solución:

• Catalizadores: De un lado, algunos de los catalizadores más eficientes que se usan en procesos como el reformado pueden ser materiales escasos y caros. Es el caso del platino o del rutenio, por ejemplo, que además se utilizan en la fabricación de otros muchos productos, con lo que tienen mucha demanda. Por si fuera poco, con el tiempo van perdiendo efectividad, con lo que hay que remplazarlos.

Un catalizador es un elemento sólido o líquido que funciona a modo de acelerador. Mediante interacciones moleculares y creación de compuestos intermedios es capaz de acelerar y facilitar el rendimiento de los procesos. Puedes pensar en este ejemplo: si tuvieras que ir al otro lado de una valla tienes dos opciones: escalarla usando tus manos y tus pies o usar una escalera. El catalizador sería esa escalera. 

• Transporte: El hidrógeno es difícil de almacenar y transportar. Es tan ligero que requiere de una enorme cantidad de presión para comprimirlo o licuarlo de la misma forma que se opera con otros gases, como el butano. Es necesario, además, habilitar nuevas infraestructuras para la distribución y el suministro de hidrógeno, igual que ocurre, por ejemplo, con el gas natural. A día de hoy, las redes de transporte y distribución sólo funcionan para combustibles convencionales.

• Energía para crear energía: Tanto para el reformado como para la electrolisis es necesario el uso de energía. Dicho de otro modo: para la obtención de hidrógeno que pueda usarse como energía, es necesario gastar energía, en el caso del reformado en grandes cantidades. Y aquí reside una cuestión fundamental: el hidrógeno puede usarse como energía limpia porque de su combustión sólo se genera agua, ¿pero qué ocurre con la energía que usamos para obtenerlo? Sólo podría hablarse de un ciclo verdaderamente sostenible de la energía de hidrógeno si se utiliza energías renovables –por ejemplo, fotovoltaica- para disociar el elemento de los compuestos en los que se haya incluido.

Hidrógeno con placas solares

Las posibilidades en este sentido son muchas y, de hecho, comienzan a destacar algunos proyectos muy interesantes de aplicación de energía fotovoltaica a la obtención de hidrógeno.

Algunos pasan por la utilización de instalaciones de placas solares de alto rendimiento para generar la electricidad necesaria en los procesos de obtención del hidrógeno como la electrolisis. Es el caso, por ejemplo, del proyecto europeo CPV4H2, con participación española.

Otros proyectos van más allá y se centran en el diseño de “fotocatalizadores” para los procesos de electrolisis. Científicos de las universidades de Lousville y Kentucky (EEUU) trabajan en aleaciones especiales que, sumergidas en agua, reaccionan al contacto con la luz solar, operando a modo de catalizador y disociando las moléculas de hidrógeno y oxígeno del agua.

Otros proyectos muy recientes, como el llevado a cabo por científicos de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica) que han anunciado la creación de paneles solares capaces de convertir la luz del sol directamente en hidrógeno utilizando la humedad del aire. El proyecto está, no obstante, aún en fase de prototipo.

Como se usa el hidrógeno como energía?

Cuando se trata de usar el hidrógeno como energía, pocos saben tanto como la NASA, que lleva décadas usándolo como combustible de sus transbordadores. Recuerdas ese color azul brillante que sale de los motores de un transbordador en funcionamiento ? Pues lo que lo produce no es más –ni menos!- que la combustión de hidrógeno líquido con oxígeno puro.

Aquí, en el planeta Tierra, los usos que se espera dar al hidrógeno son menos espectaculares aunque de unos beneficios mucho mayores a largo plazo, puesto que se aplicarán a los vehículos de transporte, la generación y almacenamiento de energía eléctrica, etc.

Hay dos formas principales de producción de energía con hidrógeno. De un lado, puede usarse para crear combustibles convencionales. A partir del hidrógeno y del monóxido de carbono (llamado gas de síntesis) se pueden sintetizar combustibles como la gasolina, por ejemplo. Sería una fuente de energía habitual hecha en laboratorio.

Más relevante es la posibilidad de producir energía de hidrógeno de forma directa, es decir, introduciendo el hidrógeno en una pila de combustible, que no es más que un conjunto de celdas donde tendría lugar el proceso de combustión del hidrógeno con el oxígeno que, como hemos visto, produce energía y libera vapor de agua. 

Es precisamente este uso de la pila de hidrógeno el que está en el punto de mira de la industria del automóvil, que ya ha empezado a probarlo en algunos modelos de última generación. Sobre las ventajas y desventajas de este tipo de dispositivo y de las posibilidades de almacenar energía en forma de hidrógeno girará el próximo artículo que publicaremos sobre este tema en nuestro blog. Si te ha gustado esta primera parte, no te lo pierdas!

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