¿Qué es la energía del hidrógeno y cómo se convierte la energía del hidrógeno en electricidad?

De todos los elementos presentes en el universo, el hidrógeno es el más abundante. El gas hidrógeno tiene características notables que incluyen incoloro, insípido e invisible que lo hacen muy buscado. También se puede transformar en un recurso energético renovable, no contaminante y de cero emisiones. Se considera la piedra angular de la nueva economía energética. La búsqueda de la energía del hidrógeno comenzó en 1776 por el científico británico Henry Cavendish.

Lo identificó por primera vez como un elemento distinto después de que desarrolló gas hidrógeno al someter zinc metálico a ácido clorhídrico. Henry Cavendish hizo otro descubrimiento notable durante una demostración ante la Royal Society de Londres cuando introdujo una chispa en el gas de hidrógeno, produciendo agua en el proceso. Este desarrollo histórico lo llevó a la conclusión de que el agua (H2O) está compuesta de hidrógeno y oxígeno. Desde entonces, la tecnología del hidrógeno ha crecido a pasos agigantados y, en la actualidad, se utiliza como fuente de energía para impulsar automóviles, sistemas eléctricos y la producción de agua pura.

El hidrógeno es el elemento más simple y abundante del universo. No ocurre naturalmente. Si bien existe prácticamente en todas partes, en el aire, en el espacio, en el suelo, rara vez está solo. Se puede obtener en combinación con otros elementos como el agua. El agua está formada por hidrógeno y oxígeno. Esto significa que generalmente se combina con otro elemento, por lo que es necesario extraerlo y convertirlo para convertirlo en una fuente de energía utilizable. El hidrógeno también se encuentra en numerosos compuestos orgánicos, por ejemplo, los hidrocarburos que dan como resultado combustibles como el gas natural, la gasolina, el propano y el metanol. El mayor desafío para aprovechar el hidrógeno es recolectarlo en su forma más pura.

La química del hidrógeno es muy simple: un solo átomo se compone de solo un protón y un electrón. En forma gaseosa, puede quemarse como combustible. Puede almacenarse en celdas de energía que generan energía explosiva y propulsan cohetes y naves espaciales. Es volátil y combustible, y muy, muy poderoso.

El hidrógeno se puede almacenar criogénicamente (congelado) o en contenedores de aire comprimido como gas. Se necesita mucho espacio de almacenamiento para albergar cantidades significativas de hidrógeno. Esto se debe a que las moléculas están muy separadas y el gas es liviano, lo que lo hace muy disperso. Contener la misma cantidad de hidrógeno en un cilindro que la gasolina, por ejemplo, crea un contenedor mucho más pesado.

¿Cómo se convierte la energía del hidrógeno en electricidad?

El gas hidrógeno es un combustible caro y complejo de fabricar porque tiene que separarse de cualquier elemento al que se una. A menudo se necesita mucha energía para producir gas hidrógeno, lo que lo convierte en una fuente de energía costosa. Hay varias formas de separar el hidrógeno de sus elementos acompañantes.

Antes de ver cómo se convierte el hidrógeno en electricidad, sería beneficioso saber cómo se produce el hidrógeno. El hidrógeno se produce utilizando dos métodos principales; reformado con vapor y electrólisis (comúnmente conocida como división del agua).

Reformado con vapor

Este método produce hidrógeno a partir de combustibles de hidrocarburos como metano, petróleo, combustibles líquidos renovables, biomasa gasificada, carbón gasificado y gas natural. En este proceso de producción de hidrógeno se utiliza un dispositivo de procesamiento llamado reformador. El reformador hace reaccionar el vapor con los combustibles de hidrocarburo a temperaturas extremadamente altas para generar hidrógeno. En la actualidad, más del 90 % del hidrógeno gaseoso se produce mediante la técnica de reformado con vapor.

Electrólisis

La electrólisis es un método que utiliza corriente continua (CC) para provocar una reacción química. En la producción de hidrógeno, la electrólisis descompone el agua y la divide en sus elementos principales, que son hidrógeno y oxígeno mediante el uso de una corriente eléctrica. La electricidad utilizada en el proceso de electrólisis puede derivarse de combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural y el carbón o los hidrocarburos.

Conversión de hidrógeno en electricidad

La forma más efectiva de convertir hidrógeno en oxígeno es usando una celda de combustible. Una celda de combustible convierte la energía química en energía eléctrica. Una celda de combustible permite que el hidrógeno y el oxígeno se mezclen en una reacción electroquímica. El resultado es la producción de electricidad, agua y calor. Las celdas de combustible imitan a las baterías ya que ambas convierten la energía generada por la reacción electroquímica en energía eléctrica útil. No obstante, la pila de combustible generará energía eléctrica siempre que se disponga de combustible, principalmente hidrógeno.

Las celdas de combustible representan una tecnología potencial para el uso de una fuente de electricidad y calor para los edificios. También es una fuente prometedora de energía para vehículos eléctricos e híbridos. Las pilas de combustible funcionan mejor con hidrógeno puro. Sin embargo, otros combustibles como la gasolina, el metanol o el gas natural pueden reformarse para generar el hidrógeno necesario para las pilas de combustible.

Con la tecnología avanzando rápidamente, el hidrógeno podría estar a la par de la electricidad como un portador de energía vital. Un portador de energía transmite energía al cliente en una forma lista para usar. Es posible que algunas fuentes de energía renovable, como el viento y el sol, no puedan generar energía las 24 horas del día, pero pueden producir hidrógeno y energía eléctrica y almacenarlos para su uso posterior.

Ventajas de la energía del hidrógeno

  1. Respetuoso del medio ambiente

Es difícil encontrar una fuente de combustible que se ajuste al título de no tóxico. El hidrógeno es una forma de combustible no tóxica ya que no libera gases nocivos al medio ambiente. Algunas fuentes de combustible como la gasolina, el carbón, el petróleo y la energía nuclear son tóxicas y se encuentran en áreas con entornos peligrosos. De hecho, cuando se quema el hidrógeno, el único subproducto es el vapor de agua, que no es tóxico. Dado que el hidrógeno es amigable con la Madre Naturaleza, se puede utilizar en lugares donde otras formas de combustible no pueden funcionar.

  1. es una fuente de energia renovable

El hidrógeno abunda prácticamente en todas partes, y esto significa que es una fuente inagotable de energía. Otras fuentes de combustible como el petróleo, el gas natural y el carbón se consideran no renovables, lo que significa que se agotarán en algún momento. El hidrógeno es una fuente de energía que se puede generar según la demanda.

  1. Es potente y eficiente.

Los métodos utilizados para producir hidrógeno producen una fuente de energía potente y eficiente. El poder y la eficiencia del hidrógeno son las razones por las que se usa en cohetes y naves espaciales. También se prefiere en naves espaciales porque no produce gases de efecto invernadero. Según las estadísticas, el hidrógeno es 3 veces más potente que la gasolina y otras fuentes de combustibles fósiles, lo que significa que tiene la capacidad de lograr más con menos.

  1. Tiene una aplicación vital en la industria del petróleo y el gas.

El hidrógeno se utiliza para procesar el petróleo crudo en combustibles refinados como el diésel y la gasolina. El hidrógeno también se utiliza para eliminar contaminantes como el azufre de estos combustibles. Otras industrias también aprovechan el combustible de hidrógeno, por ejemplo, la producción química, el procesamiento de alimentos, la refinación de metales y la fabricación de productos electrónicos.

Contras de la energía del hidrógeno

  1. Es desalentador almacenar

La energía del hidrógeno no se ha explorado completamente, por lo que la infraestructura de almacenamiento y soporte no se ha desarrollado enormemente. Las moléculas de hidrógeno son diminutas, lo que hace que el hidrógeno sea más susceptible a las fugas. Esto significa que debe almacenarse a alta presión para darle suficiente densidad de energía. En su forma natural, el hidrógeno es volátil y altamente inflamable, lo que dificulta mucho su transporte.

  1. es relativamente caro

A pesar de que el hidrógeno está fácilmente disponible, el proceso de extracción, como la electrólisis, es extremadamente costoso. La razón principal de esto es que es desalentador separar sus elementos básicos como el hidrógeno y el oxígeno. A pesar de que las celdas de combustible de hidrógeno se utilizan cada vez más en los automóviles híbridos, no es del todo asequible para todos. Los científicos están trabajando para descubrir tecnologías que podrían facilitar mucho el aprovechamiento del hidrógeno, pero hasta entonces, el precio seguirá siendo alto.

  1. Todavía depende de los combustibles fósiles

Es un hecho que el hidrógeno es un recurso renovable y no tiene impacto en el medio ambiente. Sin embargo, la separación de los componentes del hidrógeno durante el proceso de producción todavía se basa en combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural. Los combustibles fósiles contribuyen poderosamente a la emisión de gases de efecto invernadero.

  1. Es volátil y altamente inflamable.

La volatilidad y el atributo altamente inflamable del hidrógeno hacen que sea un desafío transportarlo al consumidor final. La característica única que hace que sea difícil de almacenar también hace que su transporte sea desalentador. El hidrógeno se transporta principalmente al mercado a través de tuberías o camiones cisterna. Los camiones cisterna entregan hidrógeno al mercado en estado licuado o comprimido. Este proceso conduce a fugas de hidrógeno.

Aunque el hidrógeno no se usa mucho debido a su alto precio y la falta de practicidad en términos de falta de infraestructura para respaldarlo, los investigadores proyectan que alcanzará a la electricidad como vector de energía. Esto se debe a que se deriva de fuentes de energía renovables y casi no contamina. Su propiedad de cero emisiones lo hace ideal para combustible de aviones, calefacción de hogares y fuente de combustible para vehículos de cero emisiones.

Referencias: EIA

Author: poweb

Diseñador web, siempre he querido poner mi granito de arena para la conservación del planeta. Lo intento con esta web y algunas otras.

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