Hidrógeno

El hidrógeno no es una fuente de energía primaria, pues no se encuentra aislado en la naturaleza. En general, se obtiene a partir de la separación de la molécula del agua con electricidad, conocido como electrólisis; por el proceso de reformado, que es la descomposición de hidrocarburos –el más usado es el gas natural– con vapor, dando como resultado hidrógeno y dióxido de carbono; por medio de la gasificación de la biomasa, proceso del que se liberan varios gases como el hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, entre otros; o a través de ciclos termoquímicos, en los cuales se reducen materiales a elevadas temperaturas, para posteriormente descomponer el agua.

En todos estos procesos necesitamos una inversión de energía, ya sea por fuentes hidroeléctricas, eólicas, solares, nucleares o fósiles, para obtener hidrógeno. Sin embargo, está en estudio la extracción de hidrógeno a través de procesos biológicos, ya que algunas algas y bacterias utilizan la energía solar como su fuente de energía y liberan hidrógeno en ciertas condiciones. Para esto se necesita trabajar con los organismos apropiados y con bastante tiempo, ya que estos seres vivos poseen un ritmo lento de producción de hidrógeno.

La fuente más abundante y accesible para producir hidrógeno es el agua. Lo interesante es que luego de utilizar el hidrógeno proveniente de ella, su residuo, tanto en el uso de los motores de combustión interna y la pila de combustible, es agua. Luego de ser separados el hidrógeno del oxígeno del agua, este se puede almacenar para usarse cuando sea necesario.

El uso del hidrógeno es limpio, renovable e inagotable, si su extracción proviene del uso de alguna energía renovable. Si se obtiene a través de combustibles fósiles, no podemos considerarlo como limpio.

Principales usos

Los dos principales usos del hidrógeno son la pila de combustible para producir electricidad y los motores de combustión interna, que queman hidrógeno para mover vehículos, cohetes (en el caso de la Nasa), u otros.

En el caso de la pila de combustible, posee un ánodo y un cátodo, separados por una membrana de intercambio de protones. El hidrógeno (H2) se dirige al ánodo, lugar donde se produce su reacción, separándose en dos protones y dos electrones. Estos últimos van a un circuito donde pueden ser aprovechados, como por ejemplo, para encender una ampolleta o en sistemas más complejos, como en un motor eléctrico de un automóvil. Luego de ser utilizados, los electrones se recuperan en el cátodo donde se encontrarán con el oxígeno (O2) y los protones del hidrógeno que atravesaron la membrana, dejando como residuo agua (H2O) y calor.

Si comparamos una pila normal con una pila de combustible, podemos pensar que el proceso es similar, ya que ambas aprovechan una reacción química para la generación de energía eléctrica, sin embargo, la pila normal funcionará el tiempo que dure la reacción química en su interior (en algún momento pierde su carga), mientras que la pila de combustible no perderá su carga mientras se le suministre hidrógeno.

Por otro lado, los motores de combustión interna tienen un funcionamiento similar al de los motores de gasolina, solo que en estos no hay quema de combustibles fósiles, sino que de hidrógeno. Este tipo de motores no tienen un estándar de cero emisiones, pero la quema es más limpia que la de combustibles fósiles.

Hidrógeno en el mundo

A nivel mundial, Japón pretende ser el pionero en el uso del hidrógeno, a través de un plan que trata de impulsarlo como fuente alternativa de energía limpia, tanto en el ámbito doméstico como en el transporte. Pero antes tendrá que superar a Islandia, uno de los países con la tecnología del hidrógeno más desarrollada.

En Chile aún no se usa la tecnología del hidrógeno, pero se tiene consciencia de la importancia de su uso. Es por esto que investigadores de la Universidad de Santiago de Chile están ejecutando un proyecto para desarrollar la tecnología del hidrógeno como parte integral de un sistema híbrido basado en fuentes de energía solar fotovoltaica y eólica. Este proyecto cuenta con el patrocinio del Ministerio de Energía y de la Sociedad Nacional de Minería.

Reseña histórica

Las primeras referencias a este gas se remontan al siglo XVI, cuando un alquimista conocido como Paracelso hizo reaccionar hierro con vinagre, encontrando un gas que era inflamable.

Robert Boyle, quien es reconocido por la Ley de Boyle de los gases publicada en 1662, postula en 1671 un trabajo muy similar al de Paracelso, usando ácido sulfúrico, redescubriendo este “aire inflamable”. En 1766, Henry Cavendish demuestra que este aire inflamable es una sustancia simple y más liviana que el aire, haciendo énfasis de que es un nuevo elemento, y que su combustión con el oxígeno da como resultado agua. Luego, en 1788, Lavoisier le asocia el nombre de hidrógeno.

Una de las primeras aplicaciones del hidrógeno se remonta a 1783, cuando Jacques Charles, reconocido por la ley de los gases que lleva su nombre, lanza el primer globo llenado por hidrógeno. Muy posteriormente, a principios del siglo XX, fue usado para los dirigibles, disminuyendo su popularidad con el incendio del dirigible alemán Hindenburg. A la vez, el auge de los combustible fósiles, como carbón y petróleo, suprimen las posibilidades de su crecimiento. Pero desde mediados del siglo XX existe una preocupación por los posibles cambios climáticos y escasez de combustibles fósiles, por lo que la industria aeroespacial y automotriz adquieren gran interés por el uso en motores de combustión interna y en la pila de combustible de hidrógeno, capaz de generar energía eléctrica, y que fue elaborada por primera vez en 1839 por William R. Grove.

Sabías qué

El auto BMW Hydrogen 7 almacena el hidrógeno líquido y lo usa para su motor de combustión interna. El Honda FCX Clarity es un auto eléctrico que almacena hidrógeno comprimido (gas), para obtener su energía por medio de una pila de combustible, y además cuenta con baterías para mantener el funcionamiento.

El precio de compra del Honda FCX Clarity es todavía muy elevado, por lo que Honda ha optado solo arrendarlos hasta un plazo de tres años. En Estados Unidos, el precio de este arriendo es de U$ 600 (365.000 CLP) al mes, durante tres años.

Actualmente solo se puede adquirir en Japón y Estados Unidos, pero se prevé que durante el 2015 empiece su venta en Europa.