Nuevo proceso usa una aleación de aluminio para generar hidrógeno

25 agosto 2010

Unos investigadores demuestran el método 

para producir hidrógeno. (Foto: Purdue News

Service/David Umberger)

(NC&T) Según Jerry Woodall, profesor de ingeniería electrónica y computación de la Universidad Purdue, quien inventó el proceso, este método hace innecesario almacenar o transportar el hidrógeno, dos grandes desafíos en la creación de una economía basada en este último. Reemplazar la gasolina con hidrógeno para propósitos de transporte requeriría la producción de grandes cantidades de este elemento, y el hidrógeno gaseoso tendría que ser transportado de un lado a otro para llenar los depósitos de las estaciones de servicio. Transportar el hidrógeno es caro porque es un "gas no ideal", lo que significa que los tanques de almacenamiento llenos albergan siempre menos cantidad de hidrógeno que de otros gases

En este nuevo sistema, el hidrógeno se genera bajo demanda, es decir que sólo se produce la cantidad necesaria y en el momento en que se necesita.

La tecnología podría utilizarse para alimentar pequeños motores de combustión interna en varias aplicaciones, incluyendo generadores eléctricos portátiles de emergencia, máquinas de cortar césped y motosierras. En teoría, el proceso también puede usarse para reemplazar la gasolina en los automóviles y en los camiones.

El hidrógeno se genera espontáneamente cuando se agrega agua a las "bolitas" o "pellets" de la aleación, compuesta de aluminio y un metal denominado galio. Los investigadores han demostrado cómo se produce el hidrógeno cuando se agrega agua a un pequeño tanque que contiene las pelotitas. El hidrógeno producido en un sistema como éste podría suministrarse directamente a un motor como los utilizados en las máquinas cortadoras de césped.

En esta reacción, se separa el oxígeno y el hidrógeno contenidos en el agua, liberando hidrógeno en el proceso.

El galio es crítico en el proceso porque impide la formación de una capa que normalmente se forma en la superficie del aluminio después de la oxidación. Esta capa suele impedir que el oxígeno reaccione con el aluminio, actuando como una barrera. Impidiendo la formación de esta capa, se consigue que la reacción continúe hasta que se utilice todo el aluminio.

Los productos de desecho son galio y óxido de aluminio, también denominado alúmina. La combustión del hidrógeno en un motor produce sólo agua como desecho.

"No se produce ningún humo tóxico", recalca Woodall. "Es importante hacer notar que el galio no reacciona, por lo que no se consume y puede ser reciclado una y otra vez. La razón de que esto sea tan importante es porque el galio es actualmente mucho más caro que el aluminio. Esperamos que si este proceso se adopta ampliamente, la industria del galio responderá produciendo grandes cantidades del galio de baja pureza requerido para nuestro proceso. Hoy casi todo el galio producido es de alta pureza y se utiliza casi exclusivamente en la industria de los semiconductores". 

Sin embargo, para que la tecnología sea económicamente competitiva frente a la gasolina, el costo de reciclar el óxido de aluminio debe reducirse.

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Expertos fijan 2015 como el punto de inflexión del hidrógeno como carburante.

El hidrógeno como carburante.

Madrid, España (EFE) – El fabricante automovilístico Nissan, la empresa Air Liquide y el Instituto para la Sostenibilidad de los Recursos han fijado el año 2015 como el punto de inflexión en la toma de posición del hidrógeno como carburante de uso automovilístico.

Estas tres entidades presentaron hoy en Madrid el Nissan X-Trail FCV, el primer modelo producido en serie que se conoce en España que funciona con pila de células de combustible movida por hidrógeno y con ayuda de un motor eléctrico convencional.

Ignacio Toña, director de Proyectos de Hidrógeno de Air Liquide, declaró a EFE que en 2015 en las principales autopistas españolas, cada 60 kilómetros, debe haber ya un servicio de repostaje de hidrógeno.

No obstante, el directivo de Air Liquide llamó la atención sobre la importancia que pueden jugar las Administraciones Públicas en la potenciación del hidrógeno como carburante de emisiones cero con una buena política de incentivos para usuarios y empresas.

“Si la Administración -añadió Toña- fuera capaz de controlar a las petroleras y de incentivar el consumo de estos carburantes, la tecnología estaría disponible mucho antes de esa fecha”.

Una toma de posición por parte de la Administración ayudaría mucho a las empresas privadas a establecer programas serios de inversiones en este campo, pero en la indefinición actual, según Toña, es muy difícil apostar en serio a plazos fijos.

Este directivo de Air Liquide reveló que la producción mundial actual de hidrógeno es de unos 500 millones de metros cúbicos, una cantidad con la que podría repostar unos 250 millones de vehículos.

Para Francesc Andreu, responsable de las energías alternativas de Nissan Motor Ibérica, los avances en este campo se acompasan muy bien con la tecnología y ese es uno de los puntos fuertes, aunque admitió que la transición desde los actuales niveles de emisión de dióxido de carbono (CO2) a cero es un paso radical que quizás necesite de otros pasos a través de fuentes energéticas intermedias.

El responsable de Nissan proyectó que en el horizonte de 2050 un 55% de la producción mundial de la firma nipona serán automóviles con energía alternativa, y de ellos, más de la mitad, con la pila de célula de combustible.

La clave para el desarrollo de la tecnología del hidrógeno como carburante, para Andreu, es la reducción de costes, sobre todo, de la pila, donde hay que investigar materias primas más baratas, pues en la actualidad se revisten de platino para aguantar las reacciones químicas y las altas temperaturas.

En el sentido de los avances de la pila, Andreu destacó que en los últimos años se han conseguido reducciones de tamaño y peso que oscilan entre el 40% y el 50%.

Lucía Santaolaria, del Instituto para la Sostenibilidad de los Recursos, aseguró que la inversión inicial en una red de distribución de hidrógeno, con la tecnología actual, sería muy elevada y pronosticó que en el horizonte del año 2035 pueden circular en todo el mundo 16 millones de vehículos con esta energía alternativa.

El Nissan X-Trail FCV presentado hoy y con el que Nissan ha preparado un programa de pruebas entre usuarios y especialistas, equipa un depósito con capacidad para 150 litros de hidrógeno a 700 bares de presión y con una autonomía de 500 kilómetros.

Con este coche, Nissan se abrirá al comercio de los carburantes renovables con un plan de expansión a partir de 2010 que se concentrará en EEUU y Japón y en 2011 en Europa para alcanzar la velocidad de crucero en 2015.

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Hidrógeno: ¿Qué Es El Hidrógeno?

El Hidrógeno: el combustible del futuro

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La tecnología del hidrógeno puede ser una de las alternativas energéticas al petróleo que permita sortear los problemas ambientales que plantea el actual uso de combustibles fósiles, que es insostenible, pero sólo en el plazo de varias décadas, y a condición de que se invierta masivamente desde ahora.

Históricamente y desde hace algo más de doscientos años, el manejo por parte del hombre de formas de energía de mayor densidad que la leña, como el carbón, luego el petróleo y ahora el gas natural han brindado junto a la tecnología de conversión del calor en trabajo mecánico y electricidad, aquellas otras tecnologías que facilitan y permiten acceder a superiores servicios de transporte, fuerza motriz, comunicaciones, confort en el hogar y perfeccionamiento del comercio.

El conjunto de tecnologías especialmente desarrolladas en el siglo XX, ha elevado el nivel de consumo de energía per capita en la mayoría de los países. Ese parámetro se toma como sinónimo de bienestar.

También, esa mayor cantidad de energía permite incrementar la producción de alimentos, considerando que el riego y los fertilizantes son en buena medida el resultado del dominio energético dentro del bagaje cultural evolutivo de la humanidad, hechos que han posibilitado el incremento vertiginoso de la población global. Toda esta bonanza que parecía orientada hacia un destino continuo y mejor, colapsa y resulta inconveniente para el interés común.

Afortunadamente, el ingenio humano, impulsado muchas veces por la necesidad de encontrar alternativas, logrará en las fuentes renovables directas o derivadas del sol, como el viento, la hidráulica, la geotermia y la biomasa, el recurso energético primario que le permita mantener el consumo per capita e incluir al tercio de población mundial, hoy todavía carente de servicios energéticos. Esto permitiría que el hombre no sea dependiente exclusivo de la tracción a sangre o la leña, cuando se tiene, empleada directamente como fuente de calor.

Así, aparece el hidrógeno, elemento en estado gaseoso en condiciones ambientales normales, pero que es factible de almacenamiento, transporte y distribución, lo que permite su aplicación a cualquier segmento de la demanda.

El hidrógeno fue descubierto por el científico británico Henry Cavendish, en 1776, quién informó de un experimento en el que había obtenido agua a partir de la combinación de oxígeno e hidrógeno, con la ayuda de una chispa eléctrica. Como esto elementos, no eran conocidos, los denomino “aire sustentador de la vida” y “aire inflamable” respectivamente. El químico francés Antoine Lauren Lavoisier consiguió repetir con éxito el experimento en 1785 y dio el nombre de oxígeno al “aire sustentador de la vida” y el de hidrógeno al “aire inflamable”.

El hidrógeno es el elemento más ligero, más básico y más ubicuo del universo. Cuando se utiliza como fuente de energía, se convierte en el combustible eterno. Nunca se termina y, como no contiene un solo átomo de carbono, no emite dióxido de carbono. El hidrógeno se encuentra repartido por todo el planeta: en el agua, en los combustibles fósiles y en los seres vivos. Sin embargo, raramente aparece en estado libre en la naturaleza, sino que tiene que ser extraído de fuentes naturales.

El hidrógeno es un elemento químico que contiene energía y que puede ser almacenado en forma líquida o gaseosa. Es 14 veces más ligero que el aire, incoloro, inodoro y no tóxico, ya que su único producto luego de la combustión es agua.

El hidrógeno no es fuente primaria de energía, no es un combustible que podamos extraer directamente de la tierra como el gas natural.

La fuente más común de hidrógeno es el agua. Se obtiene por la descomposición química del agua en oxígeno e hidrógeno partir de la acción de una corriente eléctrica (electrólisis) generada por fuentes de energía renovable (solar fotovoltaica, eólica, etc.). Este proceso divide el agua, produciendo oxígeno puro e hidrógeno.

El hidrógeno obtenido puede ser comprimido y almacenado en celdas por varios meses hasta que se lo necesite. El hidrógeno representa energía almacenada, se puede quemar como cualquier combustible para producir calor, impulsar un motor, o producir electricidad en una turbina.

¿Que pasaría si todos los vehículos obtuvieran de repente su energía a partir de células de combustiblebasadas en el hidrógeno?

Distintos estudios sostienen que tal conversión mejoraría la calidad del aire, la salud humana y el clima, sobre todo si se utilizara el viento en la generación de la electricidad necesaria para extraer el hidrógeno del agua en un proceso sin contaminación.

De forma semejante a cómo se bombea el gas en tanques, el hidrógeno se bombearía en células de combustible que se basan en procesos químicos y no en la combustión, para impulsar los vehículos. Cuando el hidrógeno fluye a través de los compartimientos de la célula de combustible, reacciona con el oxígeno para producir agua y energía.

Tal conversión podría evitar anualmente millones de casos de enfermedades respiratorias y decenas de miles de casos de hospitalización.

La conversión de todos los vehículos actuales en vehículos alimentados por células de combustible recargadas por el viento, podría hacerse a un costo de combustible comparable con el de la gasolina, e incluso menor si se consideran los efectos de la gasolina sobre la salud.

Las ventajas de utilizar el hidrógeno como energía son:

- No produce contaminación ni consume recursos naturales: El hidrógeno se toma del agua y luego se oxida y se devuelve al agua. No hay productos secundarios ni tóxicos de ningún tipo que puedan producirse en este proceso.
- Es muy seguro: Los sistemas de hidrógeno tienen una historia de seguridad muy impresionante. En muchos casos, el hidrógeno es más seguro que el combustible que está siendo reemplazado. Además de disiparse rápidamente en la atmósfera si se fuga, el hidrógeno, en contraste con los otros combustibles, no es tóxico en absoluto.
- Tiene alta eficiencia: Las celdas de combustible convierten la energía química directamente a electricidad con mayor eficiencia que ningún otro sistema de energía.
- Tiene un funcionamiento silencioso: En funcionamiento normal, la celda de combustible es casi absolutamente silenciosa.
- Larga vida y poco mantenimiento: Aunque las celdas de combustible todavía no han comprobado la extensión de su vida útil, probablamente tendrán una vida significativamente más larga que las máquinas que reemplacen.
- Permite la modularidad: Se puede elaborar las celdas de combustible en cualquier tamaño, tan pequeñas como para impulsar una carretilla de golf o tan grandes como para generar energía para una comunidad entera. Esta modularidad permite aumentar la energía de los sistemas según los crecimientos de la demanda energética, reduciendo drásticamente los costos iniciales.

Lo novedoso de esta tecnología es que la producción de hidrógeno es realizada a partir de fuentes de energías renovables.

La economía del hidrógeno posibilita una enorme redistribución del poder, con consecuencias trascendentales para la sociedad. El hidrógeno tiene el potencial de poner fin a la dependencia que el mundo tiene del petróleo importado y de ayudar a eliminar el peligroso juego geopolítico que se está dando entre los países musulmanes y los países occidentales. Reducirá drásticamente lasemisiones de dióxido de carbono y mitigará los efectos del calentamiento global. Y dado que es tan abundante y existe en todas partes del mundo, todos los seres humanos dispondrán de energía.

Autor: Cristian Frers – Técnico Superior en Gestión Ambiental y Técnico Superior en Comunicación Social