El hidrógeno, ¿presente o futuro?

Después de este tiempo sin escribir  debido al periodo de exámenes, os dejo un nuevo post sobre un tema que a mí me llama especialmente la atención. Se ha hablado mucho de la revolución del hidrógeno, ¿qué tiene esto de verdad?

¿En las próximas décadas entraremos en una economía basada en el hidrógeno como combustible secundario o vector energético? Para ello se deben dar muchos pasos en multitud de campos. En mi opinión, está claro  que si se consiguen los retos tecnológicos marcados el hidrógeno puede ser una autentica revolución. Los simples avances tecnológicos se podrían dar en  menos de 20 años, pero aquí entran en juego un enorme conflicto de intereses, problemas de inversión,  políticos  y sociales externos al desarrollo tecnológico.

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Un 75% de todo el universo, incluido el planeta Tierra y nosotros mismos, está compuesto de hidrógeno. Pero este hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza. Hay que producirlo a partir de compuestos más complejos. Se encuentra en el carbón, en el petróleo, la madera pero sobre todo en el agua.

Si queremos extraer el hidrógeno que forma parte de las cadenas de hidrocarburos (principalmente gas) utilizaremos un sistema denominado «reformado con vapor» (actualmente el proceso  más utilizado). Por otro lado, cuando se encuentra en el agua se puede producir hidrógeno a través de la electrólisis, por medio de un electrolizador que separa las moléculas de hidrógeno y oxígeno que forma el agua. Pero para ello es necesaria la electricidad, la utilización de energía renovable para la obtención de hidrógeno será muy ecológica pero poco rentable en el corto plazo.

En el mundo se producen cada año alrededor de 45 millones de toneladas de hidrógeno. Sólo una pequeña parte de ese hidrógeno se utiliza para producir energía, se usa sobre todo en aplicaciones espaciales y para elaborar fertilizantes basados en amoníaco.

Si queréis saber más sobre todas las formas de obtención de hidrógeno os recomiendo este video donde D. Jesús García Marín, ingeniero de Iberdrola explica todos los  posibles procesos.http://www.youtube.com/watch?v=1dDrAh7wGNk

Yo me centraré en el futuro cercano del hidrógeno. La idea es la siguiente, las energías eólica y solar son intermitentes, además suelen producir más cuando la demanda es menor por ello se hace fundamental su almacenamiento. Aquí es donde entra el hidrógeno, usaremos esta energía sobrante para producir hidrógeno a través de la electrólisis, almacenaremos el hidrógeno y por medio de las pilas de combustible, ese hidrógeno se puede volver a convertir en energía eléctrica para suministrarla en las horas de mayor demanda. Además el hidrógeno producido se puede usar a su vez como combustible para el transporte.

Suena bien, pero hay que hablar de los problemas que tiene la energía basada en el hidrógeno, problemas que deberá de solucionar antes de poder competir con las fuentes energéticas tradicionales, son fundamentalmente tres. El primero es la producción del propio hidrógeno. El segundo es el almacenamiento del mismo y el tercero es la transformación de la energía química del hidrógeno en energía térmica o eléctrica.

Como ya hemos visto se conocen multitud de procesos para la producción de H2 pero o no son medioambientalmente viables como la producción a través de los combustibles fósiles o no son viables económicamente en la actualidad. Por lo que se hace fundamental trabajar en disminuir los costes de producción de hidrógeno por fuentes renovables para resolver el primer de los grandes problemas que un sistema energético basado en el hidrógeno tiene.

El almacenamiento tiene muchos problemas pero todos solucionables sino ya, en muy corto plazo. Un kilo de hidrógeno genera la misma energía que casi tres de gasolina y tiene un poder calorífico el triple que el petróleo.

El problema es que ocupa mucho volumen, ya que la densidad del hidrógeno es bajísima, por lo que la cantidad de energía que aporta el hidrógeno por unidad de volumen (su densidad energética) es también muy baja. Para almacenar 2 kg de hidrógeno, que es la cantidad que consumiría un coche para recorrer una distancia de 200 km, se necesitaría un depósito de más de 2,5 m de diámetro. Esto hace imposible no solo su almacenamiento sino también su transporte.

La solución es conocida, para realizar un almacenamiento de cualquier gas, con un volumen reducido, tenemos dos alternativas, incrementar la presión dentro del contenedor o  enfriar el gas para su condensación.

La industria del hidrógeno está desarrollando depósitos, de forma cilíndrica que pueden almacenar hidrógeno a grandes presiones. Depósitos de hasta 200-350 bares ya están disponibles en el mercado, aunque nuevos materiales (composites de fibras de carbono con polímeros o aluminio) permiten alcanzar presiones de hasta 700 bares, lo que implicaría un depósito de menos de 100 litros para conseguir una autonomía de 400 km.Asociación Española del Hidrógeno

Para almacenar el hidrógeno líquido, hay que disminuir su temperatura hasta los 253ºC bajo cero lo que reduce su volumen hasta 700 veces pero la energía necesaria para mantener esta temperatura equivale al 30-40% de la energía disponible en el hidrógeno almacenado.

En los últimos años se está investigando mucho en sistemas más eficientes. Hasta la fecha, las tres alternativas que más convencen son el almacenamiento del hidrógeno en hidruros metálicos, nanotubos de carbono y nanohorns de carbono.

Se está avanzando mucho estas tecnologías y parece que los nanohorns y las estructuras similares pueden ofrecer posibilidades significativamente mejores para las aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno.

Por último, la transformación del hidrogeno en energía utilizable ya sea térmica o eléctrica también tiene una ciencia aparte, las tecnologías de las pila de combustible es otro campo de estudio en la actualidad.

Se pueden encontrar muchos tipos de pilas pero todas se basan en el mismo principio de transformar la energía química del combustible que se alimenta, en energía eléctrica. Podemos encontrar desde pilas de 1W que funcionan a temperatura ambiente hasta módulos de 250 kW que operan a 1.000 ºC. La clasificación habitual de las pilas de combustible está basada en el tipo de electrolito que utilizan, ya que éste determina características fundamentales de la pila, y, en consecuencia sus posibles campos de aplicación.

Las pilas de combustible se contaminan con mucha facilidad si la calidad del hidrógeno no es buena. Además sus horas de funcionamiento son muy limitadas. Esto unido a su alto coste de manufactura, hace que en los próximos años la investigación de esta tecnología sea clave para conseguir pilas de combustible más robustas y económicas, permitiendo de esta forma que la economía basada en el hidrógeno sea una realidad.

La producción sostenible de hidrógeno es un ingrediente esencial en el  desarrollo de sistemas energéticos alternativos para el futuro que resulten capaces de proporcionar el aporte de energía limpia y abundante para atender las necesidades del transporte, industria y uso domestico. La energía primaria para su obtención será la solar y la eólica, y la conversión se hará en pilas de combustible, lo que supondrá una gran revolución.

La producción de hidrógeno es un proceso aún inmaduro tecnológicamente y costoso, por lo que se requerirán enormes inversiones en investigación. Cuando se llegue a producir hidrógeno comercialmente a partir de factores tan abundantes como son el agua y la energía solar y eólica, los problemas energéticos y ambientales quedarán resueltos.