El gran potencial energético del primer elemento de la tabla periódica.
El hombre ha empleado muchos combustibles a lo largo de la historia. Digamos que ha echado mano de todo aquello que se podía quemar, pero el hidrógeno como combustible no fue conocido hasta tiempos modernos ya que no se encuentra libre en nuestro entorno. Sabemos de nuestra época escolar que, como elemento, el hidrógeno ocupa el primer lugar de la tabla periódica y está formado por moléculas diatómicas. Es componente de la mayoría de las moléculas orgánicas, desde hidrocarburos a medicamentos, pasando por plásticos e incluso de la gran mayoría de las moléculas que componen el ser humano.
El problema más importante de la electricidad es la dificultad de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica. De esta manera, un sistema mixto que permitiera una interconversión entre hidrógeno y electricidad de forma eficiente podría ser de gran utilidad. Aquí aparecen las pilas de combustible: en sus electrodos los átomos se recombinan de manera que una reacción de combustión da lugar a una corriente eléctrica. Y, ventajosamente, la mayoría de la energía liberada en la reacción es eléctrica y, en menor medida, calorífica. Su gran ventaja además es que permiten soslayar las limitaciones de rendimiento de las máquinas térmicas tal como manda el segundo principio de la termodinámica (η = 1 – Tbaja/Talta). Hay que tener en cuenta que un automóvil impulsado por un motor de combustión Otto tiene un rendimiento global alrededor de un 22%. Por otro lado, un vehículo eléctrico puede tener un rendimiento real de un 90%, por ejemplo, el Tesla Roadster (http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_Roadster). Así pues, podríamos decir que el vehículo ideal sería un sistema híbrido en el que la propulsión fuera eléctrica y el almacenamiento, químico.
El hidrógeno provee una energía altamente concentrada y que, debido a su baja masa específica, es conveniente para la automoción y el transporte.
Respecto a la producción de hidrógeno, tan importante es que el coste sea bajo como que se emita una mínima cantidad de dióxido de carbono, siendo preferible una fuente de energía primaria de origen renovable. Como podemos ver en la figura 1, el empleo de residuos forestales podría ser una de las fuentes más convenientes para producir hidrógeno.
Coste y emisiones de CO2 para producir H2 a partir de distintas fuentes de energía primaria. (Hyways, European Hydrogen Energy Roadmap (http://www.hyways.de).
Propuesta de red europea de hidrogenoductos.
Una posibilidad atractiva para simplificar algunos de los problemas relacionados con el almacenamiento y transporte del hidrógeno es emplear reacciones de reformado para producirlo in situ a partir, por ejemplo, de etanol. Y mejor todavía si este etanol es ‘bioetanol’ dado su origen renovable. La producción de etanol se incrementa cada año un 12,5%, estando actualmente en unos 50 millones de metros cúbicos anuales, de los que en Estados Unidos se produce el 40%. En Europa se producen unos 5 millones de metros cúbicos, con un aumento superior al 20% anual, especialmente por la contribución de Alemania. Una de las ventajas del etanol es que el precio se ha mantenido constante en los últimos años, oscilando entre 0,4 y 0,6 /litro. Además, tanto su contenido energético como los medios para transportarlo son o pueden ser muy parecidos a los de la gasolina, por lo que su distribución utilizando las infraestructuras actuales sería muy sencilla. Así pues, se podría producir hidrógeno in situ, ya sea en vehículos, como en instalaciones móviles o portátiles, mediante la reacción de reformado mencionada anteriormente (Figura 3) que permite convertir una mezcla de vapores de agua y etanol en hidrógeno y dióxido de carbono.
Esquema del uso renovable del hidrógeno como vehículo energético.
El catalizador consiste en un sustrato de canales hecho de cordierita y recubierto de una capa de aerogel poroso de sílice que contiene nanopartículas de cobalto del mismo modo que un ‘plum cake’ contiene pasas (Figura 4). El gas de reacción, a su paso por los canales, es atrapado por la matriz porosa y dirigido a la nanopartículas de catalizador donde se produce la reacción de reformado. Hay que tener en cuenta que la reacción es endotérmica, por lo que el hidrógeno resultante acumula un 15% más de energía que la del etanol introducido, lo que puede ser interesante para aprovechar calor residual. En una etapa posterior y mediante una membrana se pueden obtener el hidrógeno y el dióxido de carbono por separado. Dependiendo del tipo de membrana, el hidrógeno puede tener una pureza superior al 99,999%.
Vista del catalizador (izquierda) e imagen de microscopio electrónico donde se observa su porosidad. En la ampliación se idealiza el aerogel de sílice (gris) sobre la cordierita (marrón) con las nanopartículas de cobalto (azul).
Vía: Inter Empresa
