¿Qué es la energía del hidrógeno?
El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no tóxico; es el elemento más ligero de la naturaleza y el más abundante en el universo, su manipulación requiere de cuidados especiales. Éste se puede hallar en estrellas jóvenes, polvo interestelar, nubes de gas suspendidas en el espacio y, en gran parte, formando diversos compuestos químicos. Tiene el más alto valor calorífico y contenido de energía que cualquier otro combustible [17]. Para observar mejor esto, se tiene que 1 kg de hidrógeno contiene la misma cantidad de energía que 3.5 l de petróleo, 1 kg de gas natural o 8 kg de gasolina.
El gran problema de este combustible es que no es un elemento que se pueda encontrar en estado puro en la naturaleza. Los procesos existentes para la obtención de hidrógeno son altamente energéticos y/o requieren el uso de hidrocarburos o del agua [18].
Se puede observar, por la figura anterior, que en la actualidad un 96% de la producción de hidrógeno a nivel mundial se obtiene por medio de hidrocarburos [19]. Otros métodos en desarrollo es el uso de ciertas algas y bacterias fotosintéticas que pueden producir el hidrógeno bajo determinadas condiciones. También existe el método más sencillo, la electrolisis, el cual consiste en utilizar la corriente eléctrica (la cual se quiere generar, por lo que lo vuelve un método no tan viable) para romper la molécula del agua y así obtener hidrógeno (Figura 20).
Figura 20. Esquema de las distintas vías de producción de hidrógeno [19].
Una vez obtenido el hidrógeno en su estado puro, puede ser utilizado en motores de combustión o turbinas de gas, pero la mayor ventaja es su uso en celdas de combustible, que son equipos que generan electricidad directamente con un alto rendimiento. Otra gran ventaja es que al combustionar hidrógeno con oxígeno para generar electricidad, las emisiones o residuos que se tendrán serán exclusivamente vapor de agua.
Celdas de combustible
La celda de combustible es un dispositivo capaz de transformar la energía química que se obtenga de un combustible, por medio de una reacción química del combustible con oxígeno, en energía eléctrica.
La celda está constituida por tres elementos: ánodo (electrodo), cátodo (electrodo) y un electrolito. El combustible se reducirá en la superficie del ánodo, con lo que fluirán los iones de hidrógeno (H+) hacia el cátodo a través del electrolito donde reaccionará con el comburente (oxígeno) y producirá agua. Junto con esta reacción se producirán electrones.
Las celdas de membrana de intercambio protónico (Figura 21) trabajan a bajas temperaturas (90ºC) y usa como combustible el hidrógeno y como comburente el oxígeno. Sin embargo existen otro tipo de celdas, en las cuales se pueden utilizar otros tipos de comburentes, tales como hidrocarburos o biogás.
Figura 21. Operación de celda de combustible de hidrógeno-oxígeno [18].
Combustión directa
Otro método, dicho anteriormente del uso del hidrógeno es por medio de combustión directa para aprovechar la energía térmica producida en un ciclo termodinámico y obtener energía mecánica y eléctrica, posteriormente.
Esto se puede realizar tanto en motores alternos de combustión directa como en turbinas de gas. El problema es que, al utilizar aire como comburente y no oxígeno puro no solo se producirá vapor de agua también se podrán formar óxidos de nitrógeno NOx por las altas temperaturas que existan en la combustión (debido a la presencia de nitrógeno en el aire). Para esto será de gran importancia el controlar la temperatura de la combustión.
Referencias Bibliográficas
[17] Fúnez Guerra C., Almansa Rodríguez E., Fuentes Ferrera D., El hidrógeno: vector energético del futuro, Dialnet Actualidad Tecnológica / energía.
[18] Linares Hurtado J. I., Moratilla Soria B. Y., El hidrógeno y la energía, Colección: Avances de Ingeniería, Análisis de situación y prospectiva de nuevas tecnologías energéticas , Asociación Nacional de Ingenieros del ICAI, Universidad Pontificia Comillas.
[19] Botas J. A., Calles J. A., Dufour J., San Miguel G., 1. Producción y almacenamiento de hidrógeno, La economía del hidrógeno – Una visión global sobre la revolución energética del siglo XXI, Grupo de Ingeniería Química y Ambiental, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología (ESCET), Universidad Rey Juan Carlos.
Información Obtenida de la Secretaría de Energía (SENER).
https://dgel.energia.gob.mx/inel/CleanEnergies.html#Energias
Área responsable:
Subsecretaría Gestión Ambiental
Coordinación de Cambio Climático, Gestión Integral de Calidad de Aire y RETC
Diciembre, 2019
