Husesolar estudia el potencial del Hidrógeno para las PYMES

Átomo de Hidrógeno


El Hidrógeno como fuente de energía

La economía actual basa su modelo energético en fuentes que provienen de los hidrocarburos. Junto a la vida limitada de éstos, su combustión para generar energía ha contribuido al aumento de emisiones de CO2 al medio ambiente, por lo que se hace necesaria la búsqueda de un sistema energético más seguro, duradero y no contaminante.

Actualmente, existen muchos prototipos de vehículos que funcionan con hidrógeno e incluso algunas versiones ya se encuentran comercializadas por lo que éstas y otras aplicaciones como el uso doméstico de las pilas de combustible requerirán en el futuro un suministro masivo de hidrógeno que dará lugar a la llamada “economía del hidrógeno”.


Hay que tener en cuenta, que el hidrógeno no es una fuente de energía primaria sino un vector energético, es decir, un transportador que requiere para su producción un consumo de energía proveniente de otras fuentes primarias, por lo que para que pueda considerarse como agente dentro de un modelo limpio, sostenible y seguro, su obtención deberá realizarse a partir de las llamadas energías renovables. Actualmente la mayor parte del hidrógeno se produce a partir del gas natural.

Existen diversas formas de obtención del hidrógeno distintas de los hidrocarburos. La electrólisis, la termólisis y la fermentación de la biomasa son las tres más desarrolladas.

La electrólisis consiste en la ruptura de la molécula de agua por acción de una corriente eléctrica con la que se obtiene hidrógeno modular de gran pureza.

Los procesos de termólisis implican la extracción del hidrógeno de la molécula que lo alberga (hidrocarburo o agua), mediante la aplicación de calor. Cuando el calor se extrae de la propia materia prima a través de una combustión, se habla de procesos químicos; por el contrario, cuando el calor procede de una fuente externa, como la energía solar concentrada, se habla de procesos de termólisis.

En la producción de hidrógeno a partir de biomasa destacan las técnicas de fermentación. En estos casos se produce un gas (metano) que posteriormente debe reformarse para obtener hidrógeno.


Dentro de los procesos de termólisis destaca como especialmente aplicable a la biomasa agroforestal la gasificación. La gasificación consiste en una combustión con defecto de oxígeno en la que se obtiene CO, CO2, H2 y CH4, en proporciones diversas según la composición de la materia prima y las condiciones del proceso.

Las líneas de investigación en las que colabora HUSESOLAR se dirigen a la elección de los parámetros de gasificación óptimos para las biomasas disponibles localmente (catalizadores, agentes gasificantes, temperaturas, humedad…).

De manera paralela, y aprovechando del know how adquirido por la empresa en el campo de la energía solar se está llevando a cabo el diseño y posterior puesta en marcha y funcionamiento de un electrolizador alimentado por energía solar fotovoltaica


La Revolución del Hidrógeno


Todo indica que el futuro de la energía pasa por hidrógeno, el combustible más limpio que existe. Es versátil y muy eficaz. Un combustible revolucionario, ya que transformará las relaciones sociales y económicas en todo el mundo. También supone una esperanza en la conquista de una economía energética sostenida.

Las ventajas de la utilización del hidrógeno como carburante son patentes: es una fuente de energía abundante y su combustión sólo origina vapor de agua y calor, además de ser un sistema energético no contaminante y silencioso. Entre los inconvenientes hay que señalar que es un gas muy inflamable y que sería muy costosa la construcción de las infraestructuras para su distribución.

El hidrógeno, a pesar de ser el elemento químico más ligero y abundante en el universo, es un combustible que no se puede aprovechar directamente, no es una fuente de energía propiamente dicha, sino un portador de energía. El problema es que no existen yacimientos de hidrógeno. Éste se encuentra en la madera, el carbón, el petróleo y el gas, pero sobre todo en el agua. La manera más limpia de extraer el hidrógeno es directamente del agua, el componente más abundante de la superficie terrestre. Y la gran ventaja del hidrógeno es que al ser un gas puede almacenarse.

En “La revolución del hidrógeno” se analiza cómo serán los coches del futuro, los motores eléctricos sustituirán a los de combustión y la electricidad procederá de una pila de combustible de hidrógeno. Los grandes fabricantes mundiales de automóviles ya están trabajando en los primeros prototipos y se calcula que hacia el 2010 se verán los primeros vehículos de hidrógeno. Hasta ahora, los coches han sido un medio de transporte. El hidrógeno añadirá una función completamente nueva. Las pilas de combustible producirán tanta energía que los coches se convertirán en centrales eléctricas móviles. De esa forma se pondrá en marcha la revolución del hidrógeno.

Jeremy Rifkin, presidente de la Foundation on Economic Trends y autor de “La economía del hidrógeno”, predice en el documental que en el futuro habrá una red de energía basada en el hidrógeno que cubrirá todo el planeta y permitirá distribuir la energía de manera democrática. Lo que supondría una verdadera revolución, un nuevo orden mundial.



Requerimientos de agua de una economía basada en el hidrógeno

El Hidrógeno, vector energético


Pensando que el agua es un bien escaso, con la tecnología actual ¿cuánta agua necesitaría una economía basada en el hidrógeno?


Uno de los más proclamados beneficios de la futurista economía basada en hidrógeno de los EEUU es que el suministro de hidrógeno - en forma de agua - es virtualmente ilimitada. Esta asunción se da por probada a pesar de que ningún estudio importante ha considerado completamente cuanta agua necesitaría una economía de hidrógeno sostenible.

 

Michael Webber, director asociado en el Centro para Energía Internacional y Política Ambiental en la Universidad de Texas en Austin, recientemente ha rellenado este hueco proporcionando el primer análisis de los requerimientos de agua totales con datos recientes para un economía de hidrógeno "transicional". Dado que se espera que la economía de hidrógeno esté totalmente implantada alrededor del 2050 (según un informe de 2004 del Consejo Nacional de Investigación (National Research Council, NRC), la economía de transición al hidrógeno ocurrirá en unos 30 años, en 2037.

 

En este momento, el NRC predice una producción anual de 60.000 millones de kilos de hidrógeno. El análisis de Webber estima que esta cantidad de hidrógeno utilizaría entre 19 y 69 billones de galones de agua (un galón son 4,55 litros) anualmente como materia prima para la producción electrolítica y como refrigerante de la energía termoeléctrica. Esto es entre 52 y 189 miles de millones de galones por día, un incremento de entre el 27 y el 97% de los 195.000 millones de galones (72 billones de galones anuales) usados actualmente por el sector de la energía termoeléctrica para generar alrededor del 90% de la electricidad en EEUU. Durante las pasadas últimas décadas, la retirada de agua ha permanecido estable, lo que sugiere que este incremento en la intensidad del gasto de agua puede tener consecuencias sin precedentes en la política de recursos naturales y públicos.

 

"La mayor significación de este trabajo es que, al cambiar nuestra producción por hidrocarburos para la red eléctrica, podemos tener un impacto muy dramático sobre los recursos hídricos a no ser que se implementen cambios políticos que requieran grandes cambios en los sistemas hacia métodos de refrigeración de las plantas que sean menos impactantes sobre el agua o hacia fuentes de energía que no requieran refrigeración", dice Webber a PhysOrg.com. "Este análisis no quiere decir que no se debe continuar hacia el hidrógeno, sino que si la producción de hidrógeno se realiza mediante electrólisis alimentada termoeléctricamente, los impactos sobre el agua son potencialmente muy severos".

 

La estimación de Webber cuenta con ambos usos del agua, el directo y el indirecto, en la economía de hidrógeno. El uso directo es el agua como materia prima para el hidrógeno, donde el agua sufre un proceso de fisión que separa el hidrógeno del oxígeno. La producción se puede llevar a cabo de varias maneras, como reconstitución de vapor de metano, separación termoquímica nuclear, gasificación de carbón o biomasa, y otras. Pero uno de los métodos de producción dominante en la etapa de transición, tal como se predice en un informe de planificación en 2004 del Departamento de Energía (DOE), será con toda probabilidad la electrólisis.

 

Basado en las propiedades atómicas del agua, 1 kg de hidrógeno gaseoso requiere cerca de 2,4 galones (casi 11 L) de agua como materia prima. En un año, 60.000 millones de kilogramos de hidrógeno requerirían 143.000 millones de agua pura destilada. Esta cantidad es similar a la cantidad requerida para refinar una cantidad equivalente de petróleo (entre 1 y 2,5 galones de agua por galón de gasolina).

 

El mayor incremento en el uso del agua vendría de los requerimientos indirectos, específicamente como fluido refrigerante para la electricidad necesitada para proporcionar la energía que la electrolisis requiere. Puesto que la electrolisis utilizaría infraestructuras existentes, estas tirarían de la red y dependerían en el fondo de procesos termoeléctricos.

 

Al 100% de eficiencia, la electrolisis requeriría cerca de 40 kWh por kilogramo - una cantidad derivada del altísimo valor de calentamiento del hidrógeno, una propiedad física. Sin embargo, los sistemas actuales tienen una eficiencia del 60-70%, con el objetivo futuro del DOE del 75%.

 

Dependiendo de la fracción de hidrógeno producida por electrolisis (Webber presenta estimaciones para valores desde el 35 al 85%), la cantidad de electricidad requerida basada en una eficiencia del 75% en la electrolisis estaría entre 1.134 y 2.754 miles de millones de kWh - y hasta 3.351 miles de millones de kWh para una eficiencia en la electrolisis del 60%. Por comparación, la generación actual anual de electricidad en los EEUU en 2005 fue de 4.063 miles de millones de kWh.

 

En el 2000, la generación de energía termoeléctrica requirió como media de 20,6 galones de agua por kWh, conduciendo a Webber a estimar que la producción de hidrógeno mediante electrólisis, con una eficiencia de 75%, requeriría alrededor de 1.100 galones de agua como refrigerante por kilogramo de hidrógeno. Esto es 66 billones de galones por año sólo para refrigerar.

 

En 2050, el informe de la NRC predice que la demanda de hidrógeno podría exceder de 100.000 millones de kilos - casi dos veces los 60.000 millones de kg en los que se basaban las estimaciones de Webber. Por entonces, los investigadores podrían encontrar mejores formas de producir hidrógeno, con la asistencia de las inversiones a largo plazo del DOE, que excederán de 900 millones de dólares en 2008.

 

"El hecho de que la mayoría del agua utilizada es para enfriar deja esperanzas de que podamos cambiar la forma en que operan las plantas de energía, lo que podría suavizar significativamente la potencial carga sobre los recursos hídricos, y de que podamos encontrar otras formas de producir energía a gran escala que satisficieran las demandas de la electrólisis", dice Webber.

 

Si la electrólisis se convierte en un método extendido de producción de hidrógeno, Webber sugiere que los investigadores podrían querer buscar un método de generación de electricidad para la electrólisis diferente de los procesos termoeléctricos. Con esta perspectiva, sugiere caminos hacia el hidrógeno como fuentes eólicas o solares, así como métodos de enfriamiento libres de agua como la refrigeración por aire.

 

"Cada una de las elecciones energéticas que podemos hacer, en términos de combustibles y tecnologías, tiene sus pros y contras asociados", dice Webber. "El hidrógeno, como el etanol, la eólica, la solar, y otras elecciones alternativas, tienen muchos méritos, pero también tienen algunos impactos importantes a tener en cuenta, tal como este artículo intenta sugerir. Debo animar a la continuación de la investigación en la producción de hidrógeno como una parte de un conjunto comprensivo de aproximaciones a considerar para llevar a cabo la transición hacia la era de la energía verde. Pero, debido a alguno de los inesperados impactos - por ejemplo en los recursos hídricos - parece prematuro determinar si el hidrógeno es la respuesta que debemos perseguir con la exclusión de otras opciones".


Se puede encontrar más información en la Webber Energy Group, una organización que busca servir de puente entre las divisiones que separan a los políticos de los ingenieros y científicos en materias relacionadas con la energía y el medioambiente.



 



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