HIDRÓGENO
Lucía Lucas
El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido-base, en la que muchas reacciones conllevan el intercambio de protones entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental para el desarrollo de la mecánica cuántica.
HIDRÓGENO COMO ENERGÍA RENOVABLE: LAS PILAS DE HIDRÓGENO
Fue un físico galés, William Grove, quien en 1842 inventó la primera pila de hidrógeno sencilla. Grove recombinó el hidrógeno con oxígeno – revirtiendo el proceso de electrólisis – para producir electricidad generando tan sólo agua como subproducto.
Unos 100 años más tarde, los documentos publicados por Grove suscitaron interés por este descubrimiento en Francis Bacon, químico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, quien mejoró considerablemente esta tecnología en la década de 1950. En la década siguiente, Pratt y Whitney obtuvieron bajo licencia la explotación de la patente de pilas de combustible de Bacon y perfeccionaron la tecnología para la NASA. La misma pila de combustible podía suministrar electricidad para la duración de un vuelo y calefacción y agua potable limpia para la tripulación de una nave espacial. Apollo, Gemini y las siguientes misiones de la NASA, incluido el transbordador espacial, funcionaron con pilas de combustible. La tecnología de Grove estaba a punto.
Ballard ha presentado más de 200 solicitudes internacionales de patente relacionadas con la tecnología de pilas de hidrógeno desde que la empresa comenzó a usar el PCT en 1991. (Foto Ballard Systems)
Varias empresas fundadas después de la crisis petrolera de la década de 1970 se interesaron en la pila de hidrógeno en tanto que fuente no contaminante de energía renovable, usando los documentos de Grove y la información de la patente de Bacon como punto de partida para su investigación. Los investigadores hoy estudian diversos tipos de pilas de combustible, como lo demuestran los centenares de solicitudes internacionales de patente presentadas en los últimos años en el marco del Tratado de Cooperación en materia de Patentes (PCT) para inventos relacionados con pilas de combustibles.
En la década de 1990, un equipo de investigación de Ballard Power Systems, del Canadá, realizó un importante avance al descubrir una manera de incrementar la densidad de potencia del hidrógeno, haciendo pasar la cifra media de 200 vatios/litro a alrededor de 1.500. Usando la tecnología de pila de combustible con membrana de intercambio protónico de Ballard, un automóvil con un motor de tamaño similar al de un automóvil a gasolina puede tener un rendimiento equivalente – pasando de 0 a 100 km/h en 15 segundos, con velocidades máximas de alrededor de 150 km/h. La tecnología también se adapta a usos domésticos – electricidad y calefacción – o a aplicaciones de energía de reserva.
FUNCIONAMIENTO
1:Hidrógeno 2:Flujo de electrones 3: Carga 4: Oxígeno 5: Cátodo 6:Electrolito 7:Ánodo 8:Agua 9:Iones hidróxido
La pila de combustible alcalina (AFC, o Alcaline Fuel Cell en su denominación anglosajona), es una de las más desarrolladas tecnologías dentro de las pilas de combustible, y es el tipo de pila de combustible que llevó al hombre a la Luna. La AFC consumehidrógeno y oxígeno, produciendo agua, calor y electricidad. Su efectividad es de las más elevadas en este tipo de tecnologías, llegando a alcanzar un rendimiento del 70%.
Esta pila produce la energía a través de una reacción redoxentre el hidrógeno y el oxígeno. En el ánodo, el hidrógeno es oxidado según la reacción:
produciendo agua y soltando 2 electrones. Los electrones fluyen a través de un circuito externo y regresan al cátodo, reduciendo al oxígeno según la reacción:
Los 2 electrodos de esta pila están separados por una matriz porosa y saturada con una solución alcalina acuosa, tal como hidróxido de potasio (KOH). Esta solución alcalina es susceptible de contaminación por dióxido de carbono (CO2) con facilidad. Debido a esto, sólo se puede emplear oxígeno puro, o por lo menos aire purificado, como reactivo. Estos procesos químicos que tienen lugar son relativamente caros, razón por la cual se sigue investigando para hacer más económica esta tecnología.
Sin embargo, la AFC es la más barata de fabricar entre las pilas de combustible: Los catalizadores requeridos por sus electrodos son de tipos muy variados, encontrándose varios que son realmente baratos en comparación con los que requieren otros tipos de pilas de combustible.
Las perspectivas comerciales para estas pilas se han ampliado enormemente con el reciente desarrollo de la versión de placa bipolar, bastante superior en rendimiento a las versiones antiguas monoplaca.
Otro desarrollo reciente, y muy interesante, es la pila de combustible alcalina de estado sólido, utilizando membranas de intercambio aniónico en vez de un líquido.
Vídeo que muestra la electrólisis del agua a partir de energía solar y eólica.
Video que muestra la combustión del hidrógeno.
SEGURIDAD
Cuando se habla de hidrógeno, muchos piensan en el desastre del Hindenburg en 1937, cuando ese dirigible lleno de hidrógeno se prendió fuego y murieron los 35 pasajeros a bordo. Sin embargo, numerosos estudios, como los realizados por el ingeniero jubilado de la NASA, Addison Bain, en 1997, han concluido que el hidrógeno no desencadenó el incendio del Hindenburg. La altísima inflamabilidad de la cubierta de aluminio del Hindenburg provocó el desastre y no el gas contenido en su interior.
El hidrógeno es muy inflamable pero la gasolina también lo es. Además, el hidrógeno no es explosivo de por sí y si no hay una fuente de ignición, es muy improbable que el hidrógeno se prenda fuego al aire libre. El petróleo se inflama por sí mismo a temperaturas de entre 228 y 501ºC, mientras que el hidrógeno recién se inflama solo a 550ºC. En principio, para que se produzca una explosión, el hidrógeno tendría que acumular y alcanzar una concentración de cuatro por ciento de aire en un espacio cerrado y luego debería activarse una fuente de ignición. Si se adoptan sistemas de seguridad adecuados, es muy poco probable que esto se produzca. El hidrógeno es más liviano que el aire y se dispersa rápidamente, por lo que su riesgo de inflamación o explosión en un espacio abierto también es muy inferior al de la gasolina.
INCONVENIENTES
-La extracción de hidrógeno a partir de agua exige bastante energía.
-El hidrógeno, gaseoso a temperatura ambiente, es difícil de almacenar: debe comprimirse fuertemente, lo cual exige tanques de almacenamiento resistentes a la presión o licuarse mediante enfriamiento (hidrógeno criogenizado).
-La tecnología de pilas de combustible es bastante reciente y las pilas son frágiles y costosas.
APLICACIONES
-Aviones
-Barcos
-Vehículos rodados
-Arquitectura
-Industria
Vídeo de una casa que utiliza energía solar e hidrógeno
Fuente: http://www.wipo.int/
http://www.fuelcellmarkets.com/
