RESPUESTAS

¿Qué es el hidrógeno?

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica.

Es el elemento químico más ligero que existe, su átomo está formado por un protón y un electrón y es estable en forma de molécula diatómica (H2).

En condiciones normales se encuentra en estado gaseoso, y es insípido, incoloro e inodoro.

Se trata de un elemento muy abundante en la Tierra. No en vano, constituye el 75% de la materia del Universo, pero se encuentra en combinación con otros elementos como el oxígeno, con el que forma moléculas de agua, o el carbono, formando compuestos orgánicos.

El hidrógeno no es un combustible que pueda extraerse directamente de la naturaleza, sino que es un vector energético (como la electricidad) y es por ello que tiene que “fabricarse”.

¿Cómo se produce el hidrógeno?
La producción de hidrógeno puede llevarse a cabo a partir de distintos métodos, diferentes materias primas, fuentes de energía y procedimientos.

Según sean la materia prima y la fuente energética utilizada para producirlo se podrá hablar de procesos 100% renovables, 100% fósiles o híbridos en un determinado porcentaje.

Del mismo modo, el hidrógeno puede producirse de forma local, en grandes instalaciones centrales o en pequeñas unidades distribuidas cuya ubicación esté tanto en el punto de uso como sus proximidades. Por ello, todas las zonas pueden convertirse en productoras de energía, incluso las más remotas.

Cuando el hidrógeno es producido usando fuentes de energía renovables y se aprovecha para la alimentación eléctrica de las pilas de combustible de alta eficiencia, los beneficios medioambientales del hidrógeno son aún mayores. Además, el hidrógeno puede ser producido y almacenado utilizando los excedentes de energía producida por las energías renovables, como la solar, la eólica, la hidráulica etc.

Como dato del gran potencial del hidrógeno, un kilogramo puede liberar más energía que un kilogramo de cualquier otro combustible. En concreto, hasta el triple que la gasolina o el gas natural. Además, su impacto ambiental es nulo, ya que para liberar esta energía no emite dióxido de carbono, sino vapor de agua.

Producción de Hidrógeno

¿Cómo se almacena el hidrógeno?

Una de las aplicaciones más importantes del hidrógeno es su uso como almacenamiento de energía. Este es un punto clave para su introducción en el mercado y uno de los principales valores que tiene como vector energético.

El hidrógeno se caracteriza por tener una alta densidad energética por unidad de masa, pero su mayor problema es que ocupa mucho volumen.

Por ello, encontramos varias formas de almacenarlo en diferente grado de desarrollo. Estas son:

  • Gas comprimido: Es la técnica más utilizada para suministrar hidrógeno hasta presiones de 700 bar. Es una técnica de disponibilidad general y de bajo coste. Sólo se almacenan cantidades relativamente pequeñas de H2 a 200 bares; el almacenamiento a alta presión (700 bar) está aún en fase desarrollo.
  • Hidrógeno líquido: Tecnología muy empleada y bien conocida, consiguiendo una buena densidad de almacenamiento. Se requieren temperaturas muy bajas y por ello un aislamiento mayor de lo normal, por lo que su coste puede ser elevado.
  • Hidruros metálicos: Es un sistema muy seguro ya que el hidrógeno se almacena sobre un sólido (metal). La forma de los depósitos de almacenamiento puede adaptarse a las necesidades de cada aplicación. Al utilizarse metales para fijar el gas, los pesos se elevan considerablemente y su vida útil puede ser menor. Actualmente es una tecnología algo más cara.
  • Hidruros químicos: Las reacciones de formación de hidruros reversibles son bien conocidas. Son sistemas compactos con reducido tamaño y necesitan de infraestructuras especiales.
  • Estructuras de carbono: Se están estudiando distintas estructuras con base de carbono, entre las que se encuentran los nanotubos, que permiten una elevada densidad de almacenamiento de hidrógeno, siendo, además, muy ligeras. Actualmente están en fase de investigación y desarrollo.
¿Qué es una pila de combustible?

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que transforma de forma directa la energía química en eléctrica. Parte de un combustible (generalmente hidrógeno) y de un comburente (en muchos casos oxígeno) para producir agua, electricidad en forma de corriente continua y calor.

Son varias las partes que la forman:

  • Electrodos (ánodo, donde se reduce el H2 en dos protones H+ y cátodo, donde reaccionan los protones H+ y O2)
  • Electrolito (separa los gases, permite el paso de iones H+ al cátodo y separa los e-)
  • Placas bipolares (que separan las celdas, “conducen” los gases y evacúan H2O)

Las reacciones que tienen lugar en cada uno de los electrodos son:

  • Reacción en el ánodo: H2 –>2H+ + 2e-
  • Reacción en el cátodo: ½ O2 + 2H+ + 2e- –> H2O
  • Reacción global: H2 + ½ O2 –> H2O

En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este caso, el único residuo es vapor de agua o agua líquida.

¿Es seguro el hidrógeno?

Al igual que el gas natural o la gasolina, la seguridad es uno de los temas más importantes a la hora de usar cualquier combustible. Además, esta debe considerarse en todos los aspectos del ciclo energético del hidrógeno: producción, transporte, almacenamiento y distribución, y utilización.

La combustión de hidrógeno puro produce, exclusivamente, calor y agua. Al no generarse carbono y debido a la presencia del vapor de agua (que absorbe calor), un fuego producido por hidrógeno tendría menor poder de dispersión de calor que el fuego producido por un hidrocarburo.

El hidrógeno tiene un rango de inflamabilidad muy amplio (entre el 4% y el 74% de concentración en el aire) y requiere muy poca energía (0.02 mJ) para iniciar la combustión. Como ejemplo, en concentraciones inferiores al 10% la inflamabilidad es similar a la del gas natural o la gasolina ampliamente utilizados en todo tipo de situaciones y aplicaciones en el día a día.

Con todo ello, el riesgo de explosión con hidrógeno es mucho menor que otros combustibles más habituales ya que se vuelve explosivo en concentraciones entre el 18,3% y el 59% . En comparación, los vapores de gasolina pueden explotar en concentraciones de poco más del 1%. A esto hay que añadir que, mientras el hidrógeno tiende a subir y dispersarse en el ambiente, otros gases más pesados como el propano o los vapores de la gasolina tienden a acumularse cerca del suelo, lo que aumenta el riesgo de una explosión.

Por último, es importante recordar que el hidrógeno no es tóxico ni contaminante, no mancha y no huele. Además, con la tecnología actual su producción no perjudica al medio ambiente.

¿Qué es una hidrogenera?

Una hidrogenera es una estación de servicio que dispensa hidrógeno.

Se trata de un concepto relativamente nuevo y sirve para suministrar hidrógeno a los medios de transporte que usen pilas de combustible, una práctica que se espera que se vaya expandiendo en sustitución del gasóleo o gasolina.

El hidrógeno pretende ser el combustible intermediario entre la generación de energía renovable y el usuario, evitando el problema de la discontinuidad de generación y movilidad en el caso del transporte.

Las hidrogeneras pueden obtener el hidrógeno por electrolisis del agua con la energía eléctrica renovable excedente proveniente de los parques eólicos o los paneles solares instalados como cubierta de un parking público.

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