Aprender a Pensar

Repensar la Educación

Augusto Ibáñez

FSM

El hidrógeno: un combustible limpio pero no exento de problemas

Se pueden ver desde hace un año por Madrid y por otras grandes ciudades europeas. Son autobuses movidos por hidrógeno, un ambicioso proyecto comunitario que trata de evaluar la validez de esta prometedora tecnología que podría resolver el problema de la contaminación atmosférica.

Los medios insisten en que el hidrógeno es un combustible ideal, que cuando se combina con el oxígeno produce energía y vapor de agua como único producto. Pero hay cierto misterio en torno a este gas. Por ejemplo, cuando uno visita los almacenes de un laboratorio de química es fácil encontrar grandes botellas de gas a presión, utilizadas en las experiencias de síntesis: nitrógeno, amoniaco, dióxido de carbono, oxígeno, cloro, helio, argón… Pero nunca he visto una botella de hidrógeno. Y no es que no se pueda comprimir o licuar como cualquier otro gas; el problema es que resulta peligroso almacenar hidrógeno a presión, y los laboratorios prefieren sintetizarlo en el momento en que lo necesitan.

¿Por qué es especialmente peligroso el almacenamiento de hidrógeno a presión?

Cuando los gases están por debajo de una temperatura determinada (llamada de inversión) la expansión provoca una reducción de temperatura: es lo que se llama efecto Joule-Thomson. Es decir, que si se produce un escape a través de una válvula, su temperatura disminuye, y esto es lo que ocurre con casi todos los gases almacenados a temperatura ambiente. Casi todos ellos, al margen de su mayor o menor reactividad química, se enfrían cuando se expanden adiabáticamente. Es decir, si se produce un escape la expansión va acompañada de un fuerte descenso térmico que reduce su potencial reactivo. Esta es la causa de esos bloques de hielo que se forman en las juntas de grandes depósitos de gas a presión, señalando así los puntos donde se producen pequeñas fugas.

Pero las temperaturas de inversión del hidrógeno y el helio son extremadamente bajas, hasta el punto de que para lograr una reducción de temperatura por expansión deben enfriarse primero por debajo de sus temperaturas de inversión: el hidrógeno mediante aire líquido y el helio mediante hidrógeno líquido. En definitiva, ambos gases El hidrógeno tienen un comportamiento anómalo, y se calientan cuando se expande. El helio, un gas inerte, no plantea ningún problema por este hecho, pero el hidrógeno es altamente reactivo y si aumenta la temperatura al producirse un escape habrá un gran riesgo de explosión con el oxígeno del aire.

Profundicemos un poco más en el fenómeno. El proceso de Joule-Thomson consiste en el paso de un gas desde un contenedor a presión constante a otro a presión inferior y también constante (Pf < Pi), a través de un estrangulamiento o una pared porosa. El gas se expande adiabáticamente en el paso de un contenedor a otro, y se produce una variación en su temperatura que depende de las presiones, inicial y final, y del gas utilizado. El proceso de Joule-Thomson se suele caracterizar por el parámetro µ, que es la diferencial de temperatura respecto de la presión. El parámetro µ está relacionado con parámetros propios del gas, y puede determinarse experimentalmente a partir de las medidas de variación de temperatura frente a las variaciones de presión.

En un gas ideal µ vale siempre cero. En gases reales, a cada temperatura pueden existir valores de la presión para los que µ es positivo y el gas se enfría en la expansión y otros para los que es negativo produciéndose un calentamiento. Los procesos Joule Thompson son una forma sencilla y eficiente de bajar la temperatura de un gas usando un compresor y se utilizan en multitud de máquinas destinadas a enfriar o licuar gases. Claro que esto solo funciona en la zona de valores de µ positivos, lo que suele corresponder a la mayoría de los gases en condiciones estándar. Pero en el caso del hidrógeno µ es negativo a temperatura ambiente, lo que obliga a adoptar grandes precauciones frente a posibles escapes para evitar el riesgo de reacción explosiva en el aire.

La solución: pilas de combustible
La pila de combustible es una pequeña central electroquímica que libera energía a partir de la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno. Tiene estructura de sándwich, con dos electrodos porosos de papel de grafito entre los que se sitúa el electrólito, una lámina plástica permeable a los protones o membrana de polímero (PEM). En el interior de la pila de combustible se produce una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno, en el transcurso de la cual se liberan electricidad y calor, y el producto resultante es agua. La diferencia de potencial producida por una sola pila es reducida, por lo que es necesario alinear varias pilas formando bloques o unidades de pilas de combustible. Las pilas utilizan diferentes fuentes de hidrógeno: hidrógeno líquido (a unos 254 °C bajo cero), metanol, borohidruro de sodio e hidruros metálicos. Lógicamente solo se produce agua como único subproducto cuando el combustible es el hidrógeno.
Hay además metales con capacidad para adsorber (es decir, enganchar en su superficie) grandes cantidades de hidrógeno. El ejemplo más destacado es el platino, imprescindible en los electrodos de hidrógeno y en procesos catalíticos donde interviene este gas. El problema es que es muy caro y que se “envenena” fácilmente cuando los productos no son muy puros, lo que requiere costosos procesos de reactivación. El hidrógeno es un combustible muy interesante para el transporte en las ciudades, por su insignificante contaminación del aire, pero obviamente no resuelve el problema energético ya que por aquello de los rendimientos se necesita más energía para separarlo del agua que la que luego se puede aprovechar cuando se recombina de nuevo. Es ley de física.



escrito el 8 de Marzo de 2009 por en El porqué de las cosas,Energía y medioambiente

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10 Comentarios en El hidrógeno: un combustible limpio pero no exento de problemas

  1. Luichi | 12-10-2012 a las 19:27 | Denunciar Comentario
    1

    Como siempre hay alguien que le busca el pelo en la sopa por lo menos ya se comenzo a utilizar pero no deberia de hacerse tan lento abria que investigar mas y no dedicarse a que otro lo haga

  2. Jordi | 14-02-2013 a las 11:27 | Denunciar Comentario
    2

    ¿No resuelve el problema energético? Díselo a Islandia, donde les sobra energía geotérmica que podrían convertir fácilmente en hidrógeno, y convertirse en “el Kuwait” de los combustibles limpios.
    Este artículo es de un mes después del escrito aquí, como cambian las cosas en un mes: http://www.eaprende.com/blog/2009/04/27/islandia-primer-pais-a-basar-su-economia-en-el-hidrogeno/

  3. alambique | 25-02-2013 a las 7:16 | Denunciar Comentario
    3

    Gracias por tu comentario. El artículo que citas aporta nuevos datos de uso del hidrógeno como vector energético, pero no veo que invaliden las objeciones presentadas. Por ejemplo, el artículo acaba refiriéndose al “puesto de recarga de hidrógeno construido dentro del proyecto ECTOS (ómnibus movidos a hidrógeno, realizado entre varios países de Europa).” El comentario empezaba hablando de los tres autobuses públicos que en Madrid se movían con hidrógeno (con el texto de “contaminación cero”). En este caso el resultado fue tan ineficiente que tuvieron que retirarlos. Además de ineficiente era muy contaminante, por el proceso seguido para la obtención a partir de gas natural, que es el procedimiento industrial típico. Si se hubiera obtenido el hidrógeno con otra fuente de energía el resultado y los problemas hubieran sido otros, lógicamente. En el caso de sintetizarlo solo con energía hidráulica o geotérmica, que parece viable en el caso de Islandia, la contaminación sería casi irrelevante. Pero en cualquier caso, si el hidrógeno se convirtiera en un combustible de uso masivo habría que considerar seriamente el problema de las fugas a la atmósfera, que abre un melón de complejas reacciones radicalarias y que puede romper el ciclo natural del agua en la naturaleza.

  4. Xavier | 17-06-2013 a las 13:51 | Denunciar Comentario
    4

    Me han preguntado porquè sustancias como el hidrogeno o el cloro són mucho mas peligrosas cuando se usan en grandes cantidades, me han recomendado esta web pero no lo entiendo, podría contestarme porfavor.
    Me haría un gran favor.

  5. alambique | 17-06-2013 a las 14:02 | Denunciar Comentario
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    Se atribuye a Paracelso la idea de que no hay sustancias tóxicas, sino dosis tóxicas. Es decir, que cualquier sustancia, a partir de una determinada cantidad, acaba por dañar el organismo.
    En el caso del cloro, se trata de un gas irritante, que produce ácido clorhídrico en contacto con el agua de las mucosas. Aparte de esto tiene otros muchos efectos indeseados, que están ampliamente descritos en la red, así como los límites de seguridad en su manejo, que están en torno a 0,5 ppm (partes por millón). En el caso del hidrógeno no se suele hablar de toxicidad, aunque en grandes concentraciones produciría asfixia, pero no por el hidrógeno en sí, sino por la escasez de oxígeno. Por tanto, el hidrógeno no es peligroso desde el punto de vista toxicológico, aunque puede serlo, y mucho, como agente químico. El hidrógeno puro arde en el aire con una llama casi invisible y muy energético, pero las mezclas de hidrógeno y aire son altamente explosivas, por lo que debe manejarse con mucha precaución.

  6. Josue Adan | 01-02-2015 a las 5:02 | Denunciar Comentario
    6

    Aqui en Mexico tenemos varios volcanes a partir de los cuales se podria obtener energia en abundancia.

  7. canalla | 04-01-2016 a las 15:18 | Denunciar Comentario
    7

    Qué cosas, el hidrógeno “devuelve” menos energía de la que ha costado producirlo…, toma claro, y el petróleo, y la electricidad, y …
    El hidrógeno es el futuro y en este país solo lo saben los de UPyD, al parecer.

  8. JOSE A. SALVATORI | 29-01-2017 a las 15:50 | Denunciar Comentario
    8

    POR FAVOR NECESITO URGENTE ESTE DATO. ESCRIBIR A ja_salvatori@yahoo.com.ar HOY ES 29-01-17
    PREGUNTA: ¿CUAL ES LA PRESION CRITICA A LA QUE NO SE DEBERIA LLEGAR COMPRIMIENDO HIDROGENO QUE CONTIENE ALGO DE AIRE?. QUE ESTA EN LAS BOTELLAS DE PLASTICO DONDE SE ALMACENA PARA DESPUES COMPRIMIRLO Y EN LAS BOTELLAS DONDE SE LO COMPRIME, TAMBIEN PODRIA INGRESAR AIRE POR LA PARTE INFERIOR DEL PISTON, TAMBIEN AL ABRIR EL REACTOR PARA INGRESAR MAS ALUMINIO, AGUA Y SODA CAUSTICA.
    NECESITARIA COMPRIMIRLO A 40 O 60 LIBRAS, O MENOR, TODO DEPENDE DE LA PRESION CRITICA A LA QUE NO HAY QUE LLEGAR.

  9. JOSE A. SALVATORI | 29-01-2017 a las 15:51 | Denunciar Comentario
    9

    POR FAVOR NECESITO URGENTE ESTE DATO. ESCRIBIR A ja_salvatori@yahoo.com.ar HOY ES 29-01-17
    PREGUNTA: ¿CUAL ES LA PRESION CRITICA A LA QUE NO SE DEBERIA LLEGAR COMPRIMIENDO HIDROGENO QUE CONTIENE ALGO DE AIRE?. QUE ESTA EN LAS BOTELLAS DE PLASTICO DONDE SE ALMACENA PARA DESPUES COMPRIMIRLO Y EN LAS BOTELLAS DONDE SE LO COMPRIME, TAMBIEN PODRIA INGRESAR AIRE POR LA PARTE INFERIOR DEL PISTON, TAMBIEN AL ABRIR EL REACTOR PARA INGRESAR MAS ALUMINIO, AGUA Y SODA CAUSTICA.
    NECESITARIA COMPRIMIRLO A 40 O 60 LIBRAS, O MENOR, TODO DEPENDE DE LA PRESION CRITICA A LA QUE NO HAY QUE LLEGAR..

  10. DAVID | 03-02-2017 a las 22:20 | Denunciar Comentario
    10

    ANDO EN UN PROYECTO POCO A POCO,,, COMPRE UN GENERADOR DE HIDROGENO POR CELDA HUMEDA… ME GUSTARIA COLOCARLE CORRIENTE ALTERNA, PONERLE UNA ONDA PORTADORA… NO SE IS ME EXPLICO.. EH VISTO QUE COMENTAN COLOCAR 40 A 50 VAC,,, PERO NO SI SI ME RECOMIENDAN COLOCARLE ALTA TENSION A MINIMA CORRIENTE… QUE DICE… DAVID_BRAVO_CHAVEZ@HOTMAIL.COM

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