¿Qué es la energía del hidrógeno?

El universo está formado por una mezcla de una gran variedad de componentes. Cada componente tiene un papel vital en la composición del mundo. Los componentes más abundantes en el universo son el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno. El hidrógeno es el componente más abundante, ocupando el 75% del universo, y desempeña un papel fundamental en la sostenibilidad de la vida. Además de ayudar a otras especies vivas a sobrevivir, el hidrógeno puede utilizarse para generar energía.

El hidrógeno existe en casi toda la materia vegetal y también se encuentra de forma natural en el agua. Aunque el sol tiene un mayor porcentaje de gas hidrógeno, el gas es tan ligero que prácticamente desaparece de la superficie de la tierra cuando es transportado por los rayos solares. Por lo tanto, para obtener eficazmente el gas hidrógeno, hay que aprovecharlo del agua, del gas natural o de la biomasa.

Gas hidrógeno

El hidrógeno es el más básico de todos los elementos de la Tierra. El átomo de hidrógeno está formado por un solo protón y un solo electrón. Como tal, es muy abundante, pero no existe realmente como una forma separada de materia. En cambio, suele estar combinado con otros elementos. Separar el hidrógeno gaseoso de las sustancias que lo acompañan requiere un gran esfuerzo, pero produce una fuente de energía potente y casi limpia. Como gas, puede utilizarse en pilas de combustible para alimentar motores.

El gas hidrógeno se extrae del agua mediante una técnica conocida como electrólisis, que consiste en hacer pasar una alta corriente eléctrica a través del agua para separar los átomos de hidrógeno y oxígeno. El proceso de electrólisis es bastante caro, ya que implica un elevado gasto energético.

La energía utilizada para generar electricidad en el proceso de electrólisis se aprovecha de combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón. También puede aprovecharse de fuentes de energía renovables como la solar, la eólica y la hidroeléctrica para garantizar que no haya emisiones de gases de efecto invernadero.

La obtención de volúmenes de hidrógeno por este método sigue siendo objeto de investigación para establecer un método viable de generarlo a nivel nacional a un coste relativamente bajo.

Otro método de extracción de hidrógeno gaseoso es el reformado con vapor de agua o la extracción con vapor de agua, que implica la separación de los átomos de hidrógeno del metano de los átomos de carbono. Es la técnica que se utiliza actualmente para obtener hidrógeno gaseoso en grandes cantidades. El inconveniente del reformado de metano con vapor es que emite a la atmósfera una gran cantidad de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el monóxido de carbono, que son recetas para el calentamiento global.

Para obtener electricidad a partir del gas hidrógeno, éste se transporta a celdas de combustible donde se combina con el oxígeno, y el resultado es una reacción química que genera electricidad y calor. El gas hidrógeno también puede quemarse simplemente para alimentar los motores de los vehículos. Los subproductos de esta reacción química son el agua y el carbono, que se utilizan para producir metano y carbón.

Varios usos del hidrógeno

El hidrógeno se genera como subproducto en las industrias del cloro-álcali. Anteriormente, se utilizaba en parte para aplicaciones no energéticas y la parte restante se quemaba o se expulsaba a la atmósfera. Actualmente, el hidrógeno subproducto se utiliza para la producción de productos químicos y aplicaciones cautivas (principalmente energéticas).

El hidrógeno se produce para aplicaciones no energéticas, por ejemplo, en las industrias de fertilizantes y las refinerías de petróleo. También se han desarrollado y demostrado pequeños grupos electrógenos alimentados con hidrógeno, autobuses de pila de combustible, vehículos de tres ruedas, vehículos de dos ruedas (motocicletas) y sistemas de combustión catalítica para los sectores residencial e industrial.

Ventajas de la energía del hidrógeno

Es una fuente de energía renovable y de abundante suministro

El hidrógeno es una rica fuente de energía por muchas razones, la principal de las cuales es su abundante suministro. Aunque se necesiten muchos recursos para aprovecharlo, ninguna otra fuente de energía es infinita como el hidrógeno. Eso significa esencialmente que no hay posibilidad de que se agote como otras fuentes de energía.

Numerosas fuentes para producir hidrógeno localmente

El hidrógeno puede producirse en el lugar donde se va a utilizar o de forma centralizada y luego distribuirse. El gas hidrógeno puede producirse a partir de metano, gasolina, biomasa, carbón o agua. Los factores como la cantidad de contaminación, los retos técnicos y los requisitos energéticos varían en función de las fuentes utilizadas.

Es prácticamente una fuente de energía limpia

Cuando el hidrógeno se quema para producir combustible, los subproductos son totalmente seguros, lo que significa que no tienen efectos secundarios conocidos. De hecho, las empresas aeronáuticas utilizan el hidrógeno como fuente de agua potable. Después de utilizar el hidrógeno, normalmente se convierte en agua potable para los astronautas en las naves o estaciones espaciales.

La energía del hidrógeno no es tóxica

Es una sustancia no tóxica que es rara para una fuente de combustible. Esto significa que es amigable con el medio ambiente y no causa ningún daño o destrucción a la salud humana.

Este aspecto hace que sea preferido en comparación con otras fuentes de combustible como la energía nuclear, el gas natural, que son extremadamente peligrosos o desalentadores para aprovechar con seguridad. También permite utilizar el hidrógeno en lugares donde otras formas de combustible no están permitidas.

El uso del hidrógeno reduce en gran medida la contaminación

Cuando el hidrógeno se combina con el oxígeno en una pila de combustible, se produce electricidad, que puede utilizarse para propulsar vehículos o accionar un motor eléctrico como fuente de calor y para muchos otros usos. Cuando se combina con el oxígeno, los únicos subproductos son el agua y el calor, lo que constituye la ventaja de utilizar el hidrógeno como portador de energía.

El uso de pilas de combustible de hidrógeno no libera dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero u otras partículas cuando se utilizan fuentes renovables como el agua o la energía solar en el proceso de producción.

Es mucho más eficiente que otras fuentes de energía

El hidrógeno es un tipo de energía eficiente ya que tiene la capacidad de transmitir mucha energía por cada libra de combustible en comparación con el diésel o la gasolina. Esto significa categóricamente que un automóvil que utilice energía de hidrógeno recorrerá más kilómetros que uno con igual cantidad de gasolina.

Por ejemplo, en comparación con una central eléctrica convencional basada en la combustión, que suele generar electricidad con una eficiencia de entre el 33 y el 35%, las pilas de combustible de hidrógeno son capaces de generar electricidad con una eficiencia de hasta el 65%, teniendo una capacidad unas tres veces mayor.

Se utiliza para alimentar naves espaciales

La eficiencia y la potencia de la energía de hidrógeno la convierten en una fuente de combustible ideal para las naves espaciales. Su potencia es tan alta que es capaz de impulsar rápidamente naves espaciales para misiones de exploración.

También es la forma de energía más segura para llevar a cabo una tarea tan intensiva en energía. La energía del hidrógeno es, de hecho, 3 veces más potente que la gasolina y otras fuentes de combustible de origen fósil. Esto significa, en el mejor de los casos, que se necesita menos hidrógeno para llevar a cabo una tarea de gran envergadura.

También ofrece fuerza motriz para aviones, barcos, coches y aplicaciones de pilas de combustible tanto portátiles como fijas. El inconveniente de usar hidrógeno en los coches es que es prácticamente difícil de almacenar en tanques criogénicos o de alta presión.

Un sistema de producción sostenible

La electrólisis es un método en el que el agua se separa en hidrógeno y oxígeno. En este caso, se puede utilizar energía renovable para alimentar los electrolizadores y producir hidrógeno a partir del agua, lo que proporciona un sistema sostenible e independiente de los productos petrolíferos y, además, no es contaminante, ya que no produce emisiones. Algunas de las fuentes renovables utilizadas para alimentar los electrolizadores son la energía eólica, la hidráulica, la solar y la mareomotriz.

Después de producir el hidrógeno en un electrolizador, puede utilizarse en una pila de combustible para producir electricidad. Los subproductos generados en el proceso de la pila de combustible son agua y calor. Si las pilas de combustible funcionan a altas temperaturas, el sistema puede configurarse como un cogenerador, con la energía residual utilizada para la calefacción.

Desventajas de la energía del hidrógeno

Aunque la energía del hidrógeno tiene muchas ventajas admirables, no es realmente la fuente de energía preferible, limpia y barata para la mayoría de los gobiernos y empresas. En estado gaseoso, es bastante volátil.

Si bien su volatilidad le da una ventaja sobre otras fuentes de energía en cuanto a la realización de numerosas tareas, también hace que su uso sea arriesgado y que se pueda trabajar con él. Algunas de las desventajas de la energía del hidrógeno son:

La energía del hidrógeno es cara

La electrólisis y el reformado con vapor, los dos principales procesos de extracción del hidrógeno, son extremadamente caros. Esta es la verdadera razón por la que no se utiliza mucho en todo el mundo. En la actualidad, la energía del hidrógeno se utiliza principalmente para alimentar la mayoría de los vehículos híbridos.

Se necesita mucha investigación e innovación para descubrir formas baratas y sostenibles de aprovechar esta forma de energía. Hasta entonces, la energía del hidrógeno seguirá siendo exclusivamente para los ricos.

Complicaciones del almacenamiento

Una de las propiedades del hidrógeno es que tiene una menor densidad. De hecho, es mucho menos denso que la gasolina. Esto significa que hay que comprimirlo al estado líquido y almacenarlo de la misma manera a temperaturas más bajas para garantizar su eficacia y eficiencia como fuente de energía.

Esta razón también explica que el hidrógeno deba ser almacenado y transportado en todo momento a alta presión, por lo que su transporte y uso común está lejos de ser factible.

No es la fuente de energía más segura

No hay que subestimar en absoluto el poder del hidrógeno. Aunque la gasolina es un poco más peligrosa que el hidrógeno, el hidrógeno es una sustancia altamente inflamable y volátil que frecuentemente aparece en los titulares por sus potenciales peligros. En comparación con el gas, el hidrógeno carece de olor, lo que hace casi imposible la detección de fugas. Para detectar las fugas, hay que instalar sensores.

Difícil de transportar

Es una tarea ardua transportar el hidrógeno de forma brillante debido a su ligereza. El petróleo puede transportarse de forma segura porque la mayoría de las veces se empuja a través de tuberías.

El carbón puede transportarse cómodamente en camiones volquete. El hidrógeno también presenta retos cuando se piensa en moverlo en grandes cantidades, por lo que se transporta mayoritariamente sólo en pequeños lotes.

Depende de los combustibles fósiles

La energía del hidrógeno es renovable y tiene un impacto medioambiental mínimo, pero su separación del oxígeno requiere otras fuentes no renovables como el carbón, el petróleo y el gas natural. Los combustibles fósiles siguen siendo necesarios para producir combustible de hidrógeno.

La energía del hidrógeno no puede sostener a la población

A pesar de que el hidrógeno es abundante en suministro, el coste de su aprovechamiento limita su utilización extensiva. Como se sabe, es bastante difícil alterar el statu quo.

La energía procedente de los combustibles fósiles sigue gobernando el mundo. Tampoco existe un marco que garantice una energía de hidrógeno barata y sostenible para el propietario normal de un coche en el futuro.

Incluso si el hidrógeno se abaratara ahora mismo, tardaría años en convertirse en la fuente de energía más utilizada, ya que los propios vehículos y las estaciones de servicio tendrían que adaptarse a los requisitos del hidrógeno. Esto requeriría un enorme desembolso de capital.

Es un hecho que la energía del hidrógeno es un recurso renovable, ya que está disponible en abundancia, y sus impactos se descuidan enormemente. Sin embargo, las empresas de hidrógeno necesitarán, en un sentido real, otras formas de energía no renovable como la fósil (carbón, gas natural y petróleo) para separarlo del oxígeno. Es posible que podamos minimizar la dependencia excesiva de los combustibles fósiles cuando adoptemos la energía del hidrógeno, pero será desalentador deshacernos de ella del sistema.

U.S. DoE
U.S. EPA
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Un verdadero ecologista de corazón ❤️. Fundó Conserve Energy Future con el único lema de proporcionar información útil relacionada con nuestro medio ambiente que se agota rápidamente. A no ser que creas firmemente en la idea de Elon Musk de hacer de Marte otro planeta habitable, recuerda que realmente no hay ningún ‘Planeta B’ en todo el universo.

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