El hidrógeno.

Resumen Libro:

 La economía del hidrógeno. La creación de la red energética mundial y la redistribución del poder en la tierra.

Autor: Jeremy Rifkin. Editado en 2002. Isbn: 84-493-1280-9

Introducción.

En aproximadamente 20 años el petróleo llegará a su techo máximo.

La 1ª y 2ª ley de termodinámica establece que la energía total que contiene el universo es invariable y la entropía total aumenta constantemente.

La energía se transforma, pero siempre en una misma dirección pasando de disponible a no disponible.

2ª ley termodinámica. En la transformación siempre se pierde una parte de energía en el proceso, es decir ya no podrá hacer trabajo útil. Esta pérdida de energía aprovechable, gastada en el proceso recibe el nombre de entropía.

La producción de hidrógeno a partir de energías renovables permitirá finalmente almacenar la energía solar, eólica, hidráulica  y geotérmica para usarlas en formas concentradas cuando y donde sea necesario sin producir ninguna emisión de CO2.

En este momento (año 2002) la obtención de energía con hidrógeno es 4 veces más cara que con otro sistema. Por la dificultad de separar el hidrógeno que exige la aplicación de otra energía.

El libro habla del cambio estructural que se producirá en la sociedad. Siendo internet precursora de estos cambios. Llega a decir que con un empleo y energía se erradicará la pobreza en África.

En el capítulo 8 se dedica más técnicamente al hidrógeno. Este es un resumen:

Capítulo 8.- El Nacimiento de la economía del hidrógeno.

Julio Verne (hace unos 140 años).

¿Que van a quemar en lugar del petróleo, cuando se acabe? 

Pues agua, con sus componentes hidrógeno y oxígeno usados por separado o de forma conjunta proporcionará una fuente inagotable de luz y calor, de una intensidad de la que el petróleo no es capaz. El agua (hidrógeno, será el petróleo del futuro)

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Constituye el 75% de la masa del universo y el 90% de sus moléculas.

La Descarbonización. -

Durante los últimos 200 años el mundo ha favorecido progresivamente los átomos de hidrógeno sobre los de carbono. (Madera, carbón, petróleo, gas natural)

Madera= 10C+1H2

Carbón = (1C,2C) +1H2

Petróleo = 1C+2H2

Gas natural = 1C+4H2

Cada nueva fuente de energía emite menos CO2, pero su consumo aumenta mucho más. La tendencia a la “descarbonización” (progresiva sustitución de átomos de carbono por otros de hidrógeno), es un elemento fundamental para comprender la evolución del sistema energético.

El hidrógeno, completa el camino hacia la descarbonización. No contiene ningún átomo de carbono. Su emergencia como fuente primaria de energía del futuro señala el fin del largo reinado de la energía de los hidrocarburos en la historia de la humanidad. El hidrógeno, la fuente de la energía solar –constituye el 30% de la masa del sol, se está convirtiendo en la gran esperanza para la continuidad del progreso de la humanidad sobre la Tierra. Es la más ligera e inmaterial de todas las formas de la energía y la más eficiente cuando es quemada. 

Fuentes de energía pasaron por ser: sólidas, líquidas, gaseosas. Una progresión siempre de lo pesado a lo ligero, de lo material a lo inmaterial.

El ecologismo, la innovación y las fuerzas del mercado están marcando el futuro de la industria y nos impulsan inexorablemente hacia la energía del hidrógeno.

El hidrógeno esta por todas partes en la Tierra, tanto en el agua como en los combustibles sólidos y en todos los seres vivos. El hidrógeno en el agua y en organismos constituye el 70% de la superficie de la Tierra. Pero raramente se halla en estado libre y aislado. El hidrógeno es un vehículo de la energía, una forma secundaria de energía que antes tiene que ser producida, como la electricidad.

La panacea energética. 

El hidrógeno, fue descubierto por científico británico Henry Cavendish en 1776. Luego el químico francés Lavoisier en 1785 le dio un avance. El primer uso práctico, fue militar. El primer generador de hidrógeno se construyó en un campamento militar a las afueras de París en 1794.

En 1920 se vendieron los primeros electrolizadores, que descomponen el agua en los gases de oxígeno e hidrógeno, por electrolisis.

En 1923 Haldane, vislumbraba:

Hileras de molinos de viento conectados a motores eléctricos, que en períodos de más viento aprovecharan el excedente energético para efectuar la descomposición electrolítica en oxígeno e hidrógeno. Estos gases después se licuan y almacenan en depósitos (al vacío y bajo tierra). 

Estos depósitos de gases licuados permiten almacenar la energía eólica para que pueda ser aprovechada en la industria, el transporte, la calefacción y la iluminación en el momento deseado. 

La producción de energía a partir del hidrógeno.

La mitad del hidrógeno que se produce en el mundo es extraída del gas natural por medio de un proceso de reformación con vapor. Se provoca una reacción entre el gas y el vapor con la ayuda de un convertidor catalítico. El proceso libera átomos de hidrógeno y deja como residuo CO2. Es la forma más barata de producir hidrógeno, pero emite CO2 en el proceso de la conversión.

La electrólisis es otro sistema de producir H2, pero sin usar combustibles fósiles en el proceso y por tanto, sin emitir CO2. Se utiliza la electricidad para descomponer el agua en átomos de hidrógeno y de oxígeno. Se conoce desde hace 100 años.

Se sumergen 2 electrodos un ánodo y un cátodo en agua pura + un electrolito para hacer al fluido más conductor. Se aplica una corriente continua. Los átomos de H2 van al cátodo y los átomos de Oxígeno, van al ánodo. Tuberías, conducen el h2 y el O desde las pilas. Un equipo seca los gases tras separarse de los electrólitos.

La electrolisis no está demasiada extendida. El coste de la electricidad puede ser de 3 a 4 veces mayor que el de los materiales necesarios por gas natural. Sin embargo, cuando el consumo del gas natural este tocando techo (2020), se disparará el precio y puede igualarse con las energías renovables.

La energía fotovoltaica cuesta entre 2 y 5 veces más que la eléctrica tradicional (año 2002) encontrándose su eficacia entre un (10 y 20) %

En 1995 se hizo la 1ª planta solar de hidrógeno. La Eª solar se transforma en eléctrica, mediante un electrolizador, por electrolisis, obtenían 42,56 m3 de H2/día. El H2 gaseoso se comprimía hasta p = 351 Kg/cm2, secado y almacenado.

Mediante energía Geotérmica, hidroeléctrica, Biomasa, también podemos obtener hidrógeno aislado tras aplicar electricidad en electrolisis.

La combinación de energías renovables hidrógeno es defendida por mucha gente.

Crear una infraestructura para almacenar el H2, plantea problemas adicionales de coste. Por ello se encaminan las cosas a obtener pequeñas pilas de combustible (fijas o móviles). Miniplantas de uso corriente en fábricas, oficinas, tiendas, hogares y automóviles.

Las Pilas de Combustible. Las Miniplantas energéticas.

Las baterías almacenan energía química y la convierten en electricidad. Cuando se acaba la energía química, se tira.

Las pilas de combustible en cambio toman la energía química de un combustible (hidrógeno) desde el exterior.

No necesitan ser recargadas. Continúan generando electricidad mientras se le suministre combustible y oxidante.

Una pila de combustible está formada por un ánodo (-), un cátodo (+) y un electrolito (solución alcalina o ácidos acuosos) o membrana de plástico que deje pasar los átomos de H2 eléctricamente cargados desde el ánodo hasta el cátodo.

Al meter h2 en el ánodo, se produce una reacción química que rompe el átomo de hidrógeno en un electrón y un protón. Los electrones liberados, salen a través del circuito eléctrico externo en forma de corriente eléctrica continua. Los protones (iones de H2), viajan a través del electrolito hacia el cátodo cargado positivamente. Electrones, regresan al cátodo, reaccionan con protones de H2 y oxigeno del aire, produciendo agua.

Las pilas de combustible invierten el proceso de la electrólisis, no tienen partes móviles, son silenciosas y 2.5 veces más eficientes que los motores de combustión interna. Además, solo producen electricidad, calor y agua pura destilada.

Las pilas de combustible comerciales son una suma de pilas individuales.

Las pilas de combustible en combinación con el H2 podrían producir potencialmente suficiente electricidad como para cubrir las necesidades de la especie humana a largo plazo.

Pero producir H2, es caro. Actualmente (2002) la mayoría de las pilas de combustible funcionan con gas natural y otros. combustibles fósiles.

Las pilas de combustible son caras. Existen ya empresas que comercializan pilas de combustible fijas a hogares y empresas comerciales.

Las unidades domésticas consisten en plantas energéticas de 1 a 15 Kw. De potencia. Las comerciales van de (60 a 250) Kw.

La Generación distribuida.

Se refiere a pequeñas plantas generadoras de electricidad situadas cerca del usuario final, o en su mismo emplazamiento, y que puedan bien estar integradas en una red o bien funcionar de forma autónoma.

Sus usuarios pueden ser fábricas, empresas comerciales, edificios públicos, barrios o residencias privadas.

Actualmente hay una gran centralización de los recursos energéticos. Otra ventaja de la descentralización con miniplantas de hidrogeno, es que se evitan las pérdidas millonarias a empresas cuando se quedan sin suministro de flujo eléctrico, aunque sea de segundos. Con las miniplantas de hidrógeno el flujo, es constante.