Producción y Aplicaciones del Hidrógeno: Un Recurso Energético Clave

Consideraciones Generales Sobre el Hidrógeno

Con un número atómico igual a 1, el hidrógeno es el elemento más simple y el que forma más compuestos. Se conocen tres isótopos del hidrógeno: ¹H, ²H (deuterio, D) y ³H (tritio, T).

Propiedades del Hidrógeno

• La molécula de hidrógeno, en condiciones usuales, es un gas incoloro, inodoro e insípido.
• Es la molécula más pequeña que se conoce.
• Tiene gran rapidez de transición de las moléculas a la fase gaseosa.
• Gran facilidad de difusión y efusión.
• Buena conductividad calorífica.
• Bajas temperaturas de licuefacción y fusión.

El hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector energético: no existe aislado en la naturaleza, por lo que no se puede extraer de ningún sitio a bajo costo. Los vehículos de hidrógeno funcionan con una pila de combustible. La pila de combustible es una batería que genera electricidad para los motores mediante la reacción del hidrógeno de un depósito y el oxígeno del aire. Esta reacción genera agua, utilizada para refrigerar la pila de combustible, y la energía eléctrica liberada se utiliza para mover motores que impulsan el vehículo.

Formas de Producción del Hidrógeno: Biomasa, Energía Solar y Termoquímica

El hidrógeno puede ser producido por varias fuentes, desde combustibles fósiles hasta fuentes de energía renovables. Muchas tecnologías se pueden utilizar ya para la producción industrial de hidrógeno. La primera tecnología comercial data de 1920, produciendo hidrógeno por hidrólisis de agua. En 1960, la producción industrial de hidrógeno ha ido aumentando lentamente hacia la utilización de fuentes fósiles.

Hidrógeno a Partir de Biomasa

En el proceso de conversión de biomasa, el hidrógeno se produce de manera similar que a partir de carbón por gasificación. No existen plantas comerciales que produzcan hidrógeno a partir de biomasa. Actualmente, las vías seguidas son la gasificación por vapor (directa o indirecta) y otros conceptos avanzados como la gasificación con agua supercrítica, aplicaciones de ciclos termoquímicos y la conversión de intermedios. La gasificación y la pirólisis están consideradas como las tecnologías más prometedoras para la comercialización de la producción de hidrógeno a partir de biomasa a medio plazo. Las reservas de biomasa son productos no refinados con una calidad inconsistente y con un pobre control de calidad.

Hidrógeno a Partir de Energía Solar

Los métodos para producir hidrógeno con energía solar se agrupan en tres grandes conjuntos: procesos fotoquímicos, electroquímicos y termoquímicos.

• La electrólisis a alta temperatura del vapor de agua, suministrando el calor y la electricidad a partir de colectores cilíndrico-parabólicos, discos parabólicos e instalaciones de torre central. Este método, frente a la electrólisis a temperatura ambiente, presenta la ventaja de requerir una entrada de energía eléctrica menor.
• Los métodos termoquímicos, entre los que se incluyen: termólisis directa del agua, ciclos termoquímicos, generalmente de dos pasos, basados en la reducción de óxidos metálicos. Estos procesos utilizan la radiación solar concentrada como fuente calorífica de alta temperatura para llevar a cabo una reacción endotérmica.
• El rendimiento global, o rendimiento de conversión de energía solar a energía química, es un parámetro adecuado para evaluar el potencial industrial de un proceso.

Hidrógeno a Partir de Procesos Termoquímicos

La producción de hidrógeno mediante descomposición de agua empleando ciclos termoquímicos consiste en descomponer la molécula de agua en los átomos de hidrógeno y oxígeno de los que está constituida, mediante una serie de reacciones químicas que permiten su liberación en etapas diferenciadas. El proceso de descomposición termoquímica de agua requiere emplear sistemas adicionales, implicados generalmente en tres etapas: (i) producción de oxígeno, (ii) producción de hidrógeno, y (iii) regeneración de materiales. Los elevados niveles térmicos aún requeridos para estos procesos hacen necesario su integración con otros procesos que proporcionen un foco caliente a la temperatura necesaria.