El hidrógeno como energía

Fuente: http://waste.ideal.es/hidrogeno.htm

Puede ser una de las alternativas energéticas al petróleo

Por Cristian Frers
Mayo 2006.- 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 combustible basadas 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.

-Seguridad: 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.

-Alta eficiencia: Las celdas de combustible convierten la energía química directamente a electricidad con mayor eficiencia que ningún otro sistema de energía.

-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.

-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 las emisiones de dióxido de carbono y mitigará los efectos del calentamiento global. Y dado que es tan abundante y existe en todas las partes del mundo, todos los seres humanos dispondrán de energía.
No desarrollar en la Argentina una tecnología nacional para el manejo del hidrógeno sería equivalente a una dependencia como la que nuestro país tuvo hacia finales del siglo XIX con la importación de carbón, que superaba el millón de toneladas para poder hacer funcionar las locomotoras y el ferrocarril. Situación que se repitió a principios del siglo XX con la dependencia de los combustibles derivados del petróleo. El caso más patético ocurrió cuando el General Enrique Mosconi buscaba asegurar el abastecimiento de carburante para los aviones que conformaban nuestra incipiente aviación. En aquel momento, 1922, las condiciones exigidas por uno de los gigantes petroleros que monopolizaban la venta de naftas impulsó, por iniciativa del General Mosconi, a que nuestro país encarara una Industria Nacional de Hidrocarburos. Buena parte del resto es historia
En la búsqueda de una fuente de energía más limpia, la culminación debe ser el hidrógeno mismo; hoy se están desarrollando tecnologías para hacer esto realidad. El hidrógeno tiene el potencial de ser utilizado en prácticamente todas las aplicaciones donde actualmente se utiliza combustible fósil, por lo que podríamos alcanzar pronto una economía de hidrógeno.

Nos hallamos en el vértice de una nueva época histórica en la que todas las posibilidades se mantienen abiertas. El hidrógeno, la materia misma de las que están hechas las estrellas como nuestro sol, esta comenzando a ser controlado por el ingenio humano y aprovechado para fines humanos. Proyectar la ruta adecuada al comienzo del viaje es esencial si queremos convertir la gran promesa de una era del hidrógeno en una realidad viable para nuestro hijos y en un valioso legado para las generaciones que vendrán atrás nuestro.

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Cristian Frers - Técnico Superior en Gestión Ambiental y Técnico Superior en Comunicación Social - E-mail: cristianfrers@hotmail.com

Enigmas del Universo (REDES, Eduard Punset)

Interesantísimos vídeos sobre los enigmas del universo. Nivel de segundo ciclo de ESO o Bachillerato.El programa incluye una entrevista con Leonard Susskind, catedrático de Física teórica en la Universisdad de Stanford. Entre sus múltiples contribuciones a la física destaca la teoría de las cuerdas y su aplicación al estudio de los agujeros negros. Susskind, además, se ha interesado en divulgar sus teorías a un público no especialista, por lo que ha conseguido diversos galardones.


Punset:
Sería una tontería no empezar por esos temas que no han tenido una respuesta, durante tantos años. Cosas como... ¿Sabes la pregunta que te voy a hacer? No creo que la gente de la calle...

Susskind:
No creo que sea cómo saber el tiempo que hará mañana ...

Punset:
No. Pero si la gente estuviera aquí te preguntarían: por favor, por favor, dinos qué había antes del Big Bang.

Susskind:
¿Qué había antes del Big Bang?

Punset:
si es que hubo alguna cosa...

Susskind:
En realidad no lo sabemos con certeza. Algunos creen que no había nada, otros – entre los que me incluyo – creen que el Universo creció increíblemente rápido, en un proceso como el de hinchar un globo muy rápidamente, y esto se llama inflación. La inflación es la teoría que explica lo que sucedió antes de lo que sí explica la teoría estándar del Big Bang. ¿Pero qué pasó antes de eso? Bueno, no es seguro, pero...

Punset:
Pero habría algo... quiero decir... había un cerebro cero, o ...

Susskind:
En algún momento, cuando retrocedemos, perdemos el conocimiento de las leyes de la naturaleza que nos pueden explicar un pasado tan lejano. Ahora tenemos ideas que nos llevan todavía más allá, incluso a un tiempo en que el Universo simplemente se estaba inflando muy rápidamente... pero ¿cómo llegamos allí? No lo sabemos. Mientras el Universo se estaba inflando rápidamente, creemos que se podrían haber forma unas pequeñas burbujas, que a su vez empezaron a desarrollarse, y nosotros vivimos en una de esas burbujas. Y las burbujas son como las burbujas de cava. Sucedió lo mismo que sucede cuando se descorcha una botella de cava, y de repente...

Punset:
... zas, todo el universo, como el que parece que conocemos...

Sussking:
...de una de esas pequeñas burbujas que empezó a expandirse. Y seguramente nosotros vivimos en una burbuja así, pero es posible que haya muchísimas burbujas más en el exterior. Algunas son muy hostiles. ¿Cuál es la palabra adecuada? Letales, son letales para la vida. No se puede vivir allí, se expanden demasiado rápido, o son demasiado calientes o demasiado frías ... siempre hay algo que no está bien...

SEGUNDO BLOQUE

Punset:
Cuando estoy con algunos amigos del mundo de la física, y están hablando sobre las diferencias entre las teorías de la física cuántica, o del mundo cuántico, y el mundo macroscópico, siempre dicen --para que no se les pille en un error-- que las leyes de las física, o del mundo, son las mismas. Pero tu dices que no, que todas las leyes no son las mismas, que depende de la burbuja...

Susskind:
Los cosmólogos son un poco diferentes de los físicos, porque su interés se centra en el Universo: cómo se creó, su tamaño, su forma, ... Y los físicos están interesados en las leyes de la naturaleza tal como se pueden observar en un laboratorio. Los físicos siempre han adoptado el punto de vista de que las leyes de la naturaleza son únicas y de que había siempre un tipo especial de matemáticas, unas matemáticas con unas reglas desconocidas, cuyas ecuaciones, cuando se pudieran resolver, explicarían por qué el mundo es como es: por qué el electrón tiene ese peso, por qué el fotón tiene esa forma.. En cambio los cosmólogos observaron el mundo exterior y vieron algo diferente. Vieron el mundo lleno de coincidencias, coincidencias arbitrarias, conspiraciones accidentales entre los números, ... sin una simplicidad particular, sin una particular belleza matemática, pero con un modelo particular que lo gobernaba todo, y ese modelo en particular era que las reglas, las leyes, el entorno, ... eran exactamente los que se necesitaban para que se pudiera formar la vida. Antes de Darwin, la existencia de algo tan maravilloso como un globo ocular era una prueba de la existencia de Dios. Ahora, cuando se mira el Universo, se tiende a decir que es muy “amable”, y mucha gente piensa que esto debe ser porque alguien lo debió hacer así para que existiéramos. Lo que necesitamos es un principio del mismo tipo del que utilizó Darwin para explicar por qué el universo es tan “amable” sin necesidad de invocar a las fuerzas sobrenaturales. El punto de vista del científico, que cree o no cree en Dios, es explicar la naturaleza sin invocar a las fuerzas sobrenaturales, y puesto que es nuestro trabajo, tenemos que hacerlo.

Punset:
A esto le llamas principio antrópico.

Susskin:
Bueno, quizá yo lo habría llamado de una forma diferente..

TERCER BLOQUE

Punset:
Nos parece tan difícil comprender que puede haber otras dimensiones que sean muy pequeñas, escondidas en algún sitio...

Susskin:
Esta es parte de la cuestión. Creemos... aunque no hay ninguna razón, bueno, de hecho hay razones matemáticas para creer en lo más profundo de la teoría de cuerdas, que existen otras dimensiones además de las tres que vemos: arriba y abajo, derecha e izquierda y adelante y atrás. Hay más, en algún sitio que no podemos ver porque son demasiado pequeñas. De modo que es posible que en otro lugar –no sólo posible: tiene que ser así–, en alguna otra burbuja, la mayor parte de las dimensiones sean grandes como las dimensiones que podemos ver, y unas pocas de ellas sean pequeñas. Este sería un mundo en el que la gente, si pudiera vivir en él, tendrían arriba y abajo, derecha e izquierda, adelante y detrás, y también pompus y rompus, no lo sé, alguna otra cosa, algún otro tipo de dirección. ¿Por qué no vivimos en un mundo que tenga arriba y abajo, lados, y adelante y atrás, y pompus rompus? La razón es que no se podría vivir en un mundo que tuviera una dimensión más. Todo tipo de cosas irían mal, particularmente por lo que respecta a la química. En el lenguaje corriente, lo que la gente entiende por una teoría es: pienso esto o aquello; lo que un físico quiere decir cuando habla de teoría consiste en un marco matemático extremadamente bien definido que permite describir las cosas. De acuerdo con las mejores ideas de la mejor teoría que tenemos, que es la teoría de cuerdas, el número de estas burbujas es enorme y también es enorme la diversidad de los diversos tipos de entorno que hay. Hay todo lo que se pueda imaginar: lugares donde los electrones son más pesados que los protones, o donde los protones son más pesados que los electrones, todo tipo de posibilidades diversas, y sólo una pequeña fracción de ellas es vitalmente posible. Y ahí es donde se encuentra la vida, no hay nada metafísico en ello, nada sobrenatural. No hay ninguna idea de que un dios benevolente hizo el universo para que pudiéramos vivir en él... sino que hay grandes tipos de entorno que fueron el producto de este proceso, y sólo una fracción muy pequeña de ellos fueron, como tu dices, “amables”.


CUARTO BLOQUE

Punset:
Leonard, te das cuenta de que si miramos la filosofía occidental, o la historia de la filosofía, vosotros, los físicos, las personas que insistieron, ante ideas dogmáticas e ideas no demostradas, en que todo el conocimiento debería someterse a la prueba de la experimentación, vosotros que fuisteis los que nos proporcionasteis esta idea, ahora estáis promoviendo ideas --por favor, corrígeme-- que tienen coherencia matemática pero que probablemente nunca podrán ser experimentadas. ¿Es así?

Susskin:
Nunca digas nunca jamás. Lo que hacemos es construir una teoría y luego testarla de diversas formas teóricas. Son siempre elementos de la teoría los que intervienen en la comprobación de estas cosas. Recuerdo muy claramente cuando surgió la idea de los quarks, ¿sabes lo que es un quark? Un quark es lo que hay dentro de los protones y de los neutrones, y que no puede salir de ellos. De manera que cuando los físicos oyeron decir que en los protones y en los neutrones había quarks, y que un quark no se podía separar para examinarlo, dijeron: Esto no es ciencia. Si no se puede sacar, y no se puede examinar, y no se pueden hacer experimentos con el quark mismo, entonces simplemente no es ciencia y no creemos en los quarks, porque la ciencia exige que seamos capaces de hacer observaciones directas. Bueno, con el tiempo la gente se fue acostumbrando a la idea de que los quarks no se podían sacar, y se cambiaron las reglas. Una de las reglas es: la filosofía sigue a la física y no la física a la filosofía. La filosofía nos dice cómo hay que hacer los experimentos, qué constituye una prueba científica, y esto tuvo que cambiar para acomodarse a la idea del quark.

Punset:
La última pregunta, y mi nieta estará muy contenta. El otro día estaba hinchando un globo y me preguntó –tiene 7 años– de dónde viene el aire que entra en el globo. Y yo le dije, creo que la mayor parte viene del Big Bang. Pero no entendió realmente lo que le decía...

Susskin:
Ella dijo: no, viene de dentro de tus pulmones, abuelo.

Punset:
Pero de donde sale?

Susskind:
Viene del Big Bang, pero de forma indirecta. La mayoría del material que se creó durante el Big Bang era principalmente helio e hidrógeno. El aire que sale de tus pulmones contiene muy poco hidrógeno y helio, es principalmente oxígeno, nitrógeno y sobre todo dióxido de carbono, y tal. ¿De dónde salió lo otro, y cómo se llegó del helio y del hidrógeno a...? La respuesta es: del interior de las estrellas, que se estaban quemando y que calentaron el helio y el hidrógeno y lo transformaron en carbono, oxígeno, ... Y entonces ¿por qué no está todo esto encerrado en el interior de las estrellas? Porque las estrellas explotaron y crearon supernovas, y nosotros estamos hechos del material que salió de la explosión de las supernovas. Originalmente estamos hechos del material creado en el Big Bang, pero este dio lugar al material que hoy soplamos en un globo.

Fuente: http://www.rtve.es/tve/b/redes/semanal/prg342/frcontenido.htm