Hidrógeno y desarrollo energético sostenible
Por Juan M. Bermúdez y Lisandro Vázquez
ILustraciones: Aleman
Siempre que tenemos que hablar de hidrógeno nos viene a la memoria
el cuento de nuestro criollísimo escritor Marcos Behemaras, que trata acerca de un hombre
que se propuso, y según él lo logró, almacenar el Sol en laticas para comercializarlo.
Esta idea continuaba así la historia fue duramente criticada por muchos sabios del mundo, porque resultaba inconcebible para sus paradigmáticas mentes, que el Sol pudiera ser cortado en trocitos, aliñado o endulzado y enlatado y, mucho menos, que al abrir el recipiente, pudiera tomarse como refresco. |
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Esta historia finaliza cuando nuestro hombre, desilusionado por la incredulidad de muchos y ante el evidente fracaso de su sueño, abrió la latica en donde decía haber almacenado el Sol y, desde el interior de la misma, ante la mirada incrédula de los presentes, comenzó a amanecer...
Estimado lector, quisiéramos hacerte llegar el mensaje del hombre de la historia referida que era un soñador con los pies sobre la Tierra, que nos hablaba acerca de la posibilidad real de guardar el Sol y otras fuentes renovables de energía para su posterior utilización, que nos propuso con sus ideas, la acumulación de energías primarias en forma de energía química.
El hidrógeno y su importancia universal
El hidrógeno parece ser el elemento más abundante en el universo.
El análisis de la luz emitida por las estrellas indica que la mayoría de ellas están predominantemente formadas por hidrógeno; gracias a este hidrógeno del Sol y a su fusión formando helio, recibimos la energía que hace posible la vida en nuestro planeta.
En la Tierra, el hidrógeno libre es raro. Se encuentra ocasionalmente en los gases volcánicos y como se deduce del estudio de las auroras boreales, se hallan indicios de él en las capas más altas de la atmósfera.
Aparece abundantemente formando combinaciones con otros elementos; en el agua está combinado con el oxígeno y constituye 11.2% de la masa total; en el carbón y en el petróleo, el hidrógeno se encuentra en forma de hidrocarburos; las arcillas y algunos otros minerales contienen cantidades apreciables de este elemento generalmente combinado con el oxígeno y, finalmente, toda la materia animal y vegetal está constituida por compuestos químicos de hidrógeno con otros elementos (oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre, etc.)
Producción de hidrógeno. Actualidad y perspectivas
La obtención del hidrógeno a partir de la energía convencional es ampliamente utilizada a nivel industrial, pero es evidente el alto precio ecológico que ello trae consigo debido a la emisión intensiva de gases de la combustión que, además de ser nocivos para los seres vivos, influyen en el calentamiento global de la biosfera como consecuencia del efecto invernadero artificial y lluvias ácidas.
La descomposición electroquímica del agua o
electrólisis se usa extensivamente para la producción industrial de grandes volúmenes
de hidrógeno; consiste en hacer reaccionar sus iones en electrodos polarizados,
utilizando corriente continua, obteniéndose como resultado en la zona catódica
hidrógeno molecular en estado gaseoso y en la anódica oxígeno en iguales condiciones. El principal problema de la obtención de hidrógeno a partir de la descomposición electroquímica del agua es el alto costo energético, por lo que se precisa contar con fuentes primarias accesibles, de bajo costo y preferiblemente no fósil. |
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Por ser el hidrógeno un gas de muy poco peso específico, su almacenamiento constituye un problema con diversas soluciones, donde deben combinarse los métodos según la utilización final.
Los usos del hidrógeno son muy diversos y en el estado actual del conocimiento adquiere gran connotación por la posibilidad abierta de utilizarlo como combustible no contaminante.
Del Sol al hidrógeno
La energía solar puede ser convertida y acumulada como energía química con la producción de hidrógeno, por varios métodos: Fotoelectrolisis: los electrodos, sumergidos en una solución electrolítica, al recibir la incidencia de la radiación generan una corriente capaz de descomponer el H2O en H2 y O2. |
Esquema de celda electrolítica para la generación de hidrógeno y oxígeno |
Procesos fotoquímicos: La energía de la radiación solar es absorbida por varios materiales en solución y en consecuencia, se propician reacciones químicas que producen hidrógeno.
Descomposición térmica directa: A temperatura de 2 500ºC (4 500ºF) el agua se descompone en H2 y O2. Para lograr tales temperaturas pueden utilizarse concentradores solares como fuente suministradora de calor. El problema aquí consiste en evitar la recombinación del hidrógeno y el oxígeno.
Ciclos termoquímicos: A temperaturas más bajas que las de descomposición térmica directa (alrededor de 1 000ºC) se pueden efectuar reacciones químicas reversibles. Este método es prometedor, pero se encuentra en fase experimental en el presente.
Electrólisis fotovoltaica: Una celda solar fotovoltaica (FV) convierte la energía luminosa en electricidad con niveles de tensión específicos.
Cuando las celdas fotovoltaicas se acoplan a un electrolizador, la luz solar puede servir para producir hidrógeno. La intensidad luminosa del sol no es constante. Por esta razón, la acumulación es imprescindible para un sistema energético fotovoltaico, en la que el hidrógeno, como portador energético, puede jugar un papel importante.
Energía eólica: La generación eólica de la electricidad es un método que constituye una fuente energética importante para las zonas geográficas a las que la Naturaleza ha dotado de este recurso.
Un generador eólico puede entregar corriente alterna a la red eléctrica, pero, asimismo puede, con una técnica de acumulación adecuada, (entre otras el hidrógeno) convertirse en un sistema autónomo explotable en cualquier época del año. Aquí es importante tener en cuenta la intermitencia media del viento para diseñar el sistema de acumulación correspondiente.
Esquema de variantes de instalaciones para la generación de hidrógeno a partir de FRE. I- Fuentes energéticas renovables; II- Generación de hidrógeno por electrólisis de agua; III- Almacenamiento; IV- Usos. 1-generador eólico; 2- Generador fotovoltaico; 3- Generador hidroeléctrico; 4- Acondicionador de corriente; 5- Electrolizador; 6- Separadores de gases; 7- Depuradores de gases; 8- Tanques de almacenamiento de H2 y O2. 9- Algunas aplicaciones
La biomasa: Los derivados de productos orgánicos constituyen una fuente directa e indirecta para la producción de hidrógeno.
Fuentes biológicas: Los microorganismos presentes en el agua la descomponen, al absorber la luz, liberando hidrógeno en el proceso de su "alimentación". El uso de procesos similares está presente en tecnologías tales como la síntesis de metanol, metano, etanol, etc.
Combustión de la biomasa: La obtención de la electricidad en turbogeneradores constituye una práctica industrial esencial en procesos que generan grandes cantidades de residuales de fibra vegetal, como en la industria azucarera.
La utilización de los excedentes de la energía eléctrica generada puede ser una fuente de obtención de hidrógeno con fines de uso en el transporte, cocción de alimentos y generación de electricidad en horas de alta demanda.
Energía hidroeléctrica: Puede utilizarse de modo similar a como se explica en el párrafo anterior o para generar hidrógeno directamente con fines de acumulación y transporte.
Almacenamiento del hidrógeno
El almacenamiento del hidrógeno es un problema íntimamente relacionado con sus propiedades físicas y químicas. En forma gaseosa, a presión, requiere de grandes volúmenes de almacenamiento, con el consiguiente gasto de materiales para la construcción de recipientes.
El hidrógeno líquido requiere volúmenes para el almacenamiento mucho menores, pero consume grandes cantidades de energía (casi el 30% de la energía que se utiliza en la producción).
Otro método de almacenamiento lo constituye la formación de hidruros metálicos o no metálicos. De esta forma pueden almacenarse grandes cantidades de hidrógeno en pequeños volúmenes.
Asimismo se está llevando a la práctica la acumulación del hidrógeno mediante su síntesis en productos como el metanol, lo cual permite almacenarlo en forma líquida para su utilización como combustible.
No existe aún un método que resuelva completamente el problema del almacenamiento, por lo que cada uno de ellos se emplea, según las posibilidades y su utilización final.
El hidrógeno como el portador energético del futuro
Este portador energético es inagotable y no contaminante. Puede producirse a partir del agua utilizando la energía solar y el resultado de su combustión y producción de electricidad es agua, lo que cierra un ciclo en concordancia con los principios de la naturaleza.
El hidrógeno puede ser utilizado para producir calor y electricidad con altas eficiencias, así como para la cocción de alimentos y para el transporte, es decir, para todas las necesidades energéticas de la sociedad.
Producido por medio de la energía solar, el hidrógeno no pertenece a las grandes transnacionales, no puede ser utilizado como fuente de dominio y explotación y por lo tanto, no será nunca causa de guerras entre los pueblos, sino de igualdad y felicidad de los seres humanos.
Sin lugar a dudas hay que mirar al hidrógeno como el almacenamiento del Sol y sus derivados en otras fuentes energéticas renovables, no en forma de luz, de viento, de biomasa, etc., sino en forma de energía química, producto de la transformación industrial de las fuentes primarias.
Desde el interior del recipiente en que se almacena no nos deslumbrará un amanecer, ni nos arrastrará un viento huracanado, ni brotará un chorro de agua que nos moje de pies a cabeza, sino que obtendremos energía aprovechable en forma de calor, electricidad, fuerza mecánica, etc. que si podrá ser un lindo amanecer al desarrollo energético sostenible.
GRUPO NACIONAL PARA EL ESTUDIO DEL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE
Objetivos básicos:Debatir los resultados de los trabajos que se realizan en el país sobre el hidrógeno como combustible.
Mantenerse actualizado en la temática y profundizar en los conocimientos sobre los sistemas en desarrollo para la producción, almacenamiento, transportación y uso del hidrógeno, así como las normas de seguridad, incluyendo las valoraciones técnicas y económicas que se correspondan.
Obtener información a través de diversas vías (INTERNET, artículos, congresos, comunicaciones personales, etc.) sobre los programas de investigaciones y de innovación tecnológica, las instituciones que trabajan en este combustible y los resultados que se alcanzan.
Proponer, en el momento adecuado, una estrategia de trabajo para la producción y uso del hidrógeno.
El Grupo Nacional para el Estudio del Hidrógeno como Combustible fue creado por la Agencia de Ciencia y Tecnología del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente, el 22 de abril de 1997, y conforman el mismo, especialistas de las instituciones siguientes:
Agencia de Ciencia y Tecnología (ACyT)
Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES)
Instituto de Materiales y Reactivos (IMRE)
Centro de Estudios Tecnológicos de Energías Renovables (CETER)
Instituto de Investigaciones del Transporte (IIT)
Centro de Investigaciones del Petróleo (CEINPET)
Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)
Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC)
Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología (CIGB)