Economía de hidrógeno

Economía de hidrógeno

Economía de hidrógeno

Elementos de la economía de hidrógeno

Una economía de hidrógeno es un modelo económico futurible en el cual la energía, para los usos móviles y oscilación de carga, se almacena como hidrógeno (H2). El hidrógeno se ha propuesto como reemplazo para la gasolina y combustibles diesel utilizados actualmente en automóviles.

La producción del hidrógeno es un sector industrial considerable, y es cada vez mayor. En 2004 se produjeron unas 50 millones de toneladas métricas de hidrógeno, conteniendo 200 gigavatios de energía; la tasa de crecimiento es de alrededor de un 10% por año. Debido a que el almacenaje y transporte de hidrógeno es caro, la mayor parte del hidrógeno que se produce en la actualidad se hace localmente, y es utilizado inmediatamente, generalmente por la misma compañía productora. En 2005, el valor económico de todo el hidrógeno producido fue de aprox. 135 mil millones de USD por año.

Hoy hay dos principales aplicaciones para el hidrógeno. Casi la mitad se emplea para producir amoníaco (NH3) mediante el proceso de Haber, el cual se utilizará sobre todo como fertilizante, directa o indirectamente. A causa de que la superpoblación mundial y la agricultura intensiva crecen, debido a esto la demanda del amoníaco (y por tanto de hidrógeno) está creciendo. La otra mitad de la producción actual del hidrógeno se utiliza para convertir cadenas largas de hidrocarburos (que son la mayoría en el petróleo sin refinar) en fracciones más ligeras, convenientes para su uso como combustibles. Este último proceso se conoce como hydrocracking. Hydrocracking representa un área incluso de mayor crecimiento que la del amoníaco, los incrementos en los precios del petróleo animan a las compañías petroleras a extraer un material más pobre, como pueden ser arenas de alquitrán y pizarra de petróleo.

Actualmente, el 48% de la producción de hidrógeno es a partir del gas natural, el 30% del petroleo, y el 18% del carbón; la electrólisis del agua representa solamente 4%.[1] [2]

El gran mercado y el incremento también han estimulado que se cree un gran interés en buscar métodos alternativos, más baratos, para la producción de hidrógeno.

Contenido

Fundamentos

La electricidad ha revolucionado la calidad de la vida humana desde finales del siglo diecinueve permitiendo un uso más sencillo de las fuentes de energía disponibles. Los primeros dispositivos y aplicaciones como la dínamo y la iluminación eléctrica motivaban la corriente directa. Más adelante el alternador y la corriente alterna permitieron transmitir la energía eléctrica a gran escala.

Actualmente, la oscilación de la demanda energética se cubre mediante el encendido o apagado de generadores. Sin embargo, la electricidad es difícil de almacenar para usarla más adelante. El mejor sistema en lo que a eficiencia y coste se refiere y más extendido además para el almacenamiento de energía de una red a gran escala es el almacenamiento por bombeo, que consiste en bombear agua hasta una presa superior y generar la electricidad demandada mediante hidroelectricidad. Sin embargo este método no sirve para aplicaciones móviles de almacenaje de energía.

Existen alternativas más reducidas de almacenaje como condensadores pero tienen el problema de la baja densidad de energía. Las baterías tienen también baja densidad de energía y además tardan en cargarse y descargarse. El almacenamiento en una batería inercial es más eficiente que en las baterías de tamaño similar, pero acarrea preocupaciones de seguridad debido a que puede romperse explosivamente, aparte del efecto giroscópico que tiene.

Casi al mismo tiempo que empezó a funcionar la electricidad, se descubrió una fuente de energía portable. Se trata naturalmente de los motores de combustión interna, los cuales queman hidrocarburos. Los motores de combustión interna arrasaron a sus competidores de esa época, como por ejemplo el aire comprimido, o los automóviles eléctricos accionados por baterías, porque proporcionaron mayores posibilidades, en virtud de la eficacia del motor de combustión interna y de la alta densidad energética del combustible. El alto cociente de potencia másica de los motores de combustión interna también permitió construir un avión de densidad más alta que el aire.

Las actuales preocupaciones con respecto a la disponibilidad a largo plazo de los combustibles fósiles y por el calentamiento global debido a las emisiones de dióxido de carbono (CO2) han dado lugar a una búsqueda de un combustible alternativo a los combustibles fósiles que no tenga estos problemas.

Hay quien piensa que las celdas de combustible de hidrógeno son el equivalente a los viejos motores de combustión interna.

Fuentes de hidrógeno centralizadas previstas

La economía del hidrógeno utilizaría una fuente energética no basada en combustibles fósiles (energías renovables/nuclear/fusión), utilizando varios métodos (electrólisis, ciclo del sulfuro-yodo) para producir el gas de hidrógeno para su uso en los múltiples sectores como fuente de energía almacenada. Si la energía se utiliza para producir hidrógeno, entonces el hidrógeno se podría utilizar como forma de almacenaje de energía substituyendo el gas y el petróleo causantes de emisiones de gases de efecto invernadero.

En una economía del hidrógeno, los grandes generadores rurales de hidrógeno de alta eficacia se combinarían con un sistema de distribución (como el sistema de la distribución del gas natural pero capaz de satisfacer los desafíos adicionales del transporte del hidrógeno). En la distribución de energía el usuario intermedio y final podría utilizar las celdas de combustible para satisfacer sus necesidades, substituyendo los actuales sistemas de generación y distribución local, y los vehículos de combustión interna. Sistemas similares se utilizan actualmente con el gas natural para producir electricidad, en instalaciones urbanas con cogeneración donde además se aprovecha el calor residual.

La fuente de energía primaria para producir hidrógeno podía ser combustible nuclear, o fósil. En una economía completa del hidrógeno, incluso las fuentes eléctricas primarias como la energía hidráulica y la energía eólica se podrían utilizar para hacer el hidrógeno, en vez de distribuirla directamente en la red eléctrica (el equilibrio apropiado entre la distribución del hidrógeno y la distribución eléctrica interurbana es una de las preguntas básicas a medio resolver en la economía del hidrógeno). Los grandes generadores que produjesen hidrógeno de fuentes de energía fósiles generarían cantidades enormes de contaminación, pero centralizan las emisiones, y las ciudades quedarían limpias de polución, ya que las emisiones se podrían realizar en zonas despobladas, y los sistemas de control de emisión serían más fáciles de examinar.

Se aduce que la quema de combustibles fósiles en centrales grandes es más eficiente que en automóviles o pequeñas centrales, (casi el 60% en las modernas centrales de ciclo combinado frente al 40% de un motor de gasolina o un 45% de los mejores motores diesel)[3] sin embargo, hay que tener en cuenta que la eficiencia en la obtención de hidrógeno a partir de electricidad está actualmente en un 30%,[4] y la eficiencia de una pila de combustible en un 60%,[3] con lo que quemar combustible fósil en un motor diésel tiene una eficiencia del 45%, mientras que quemar combustible fósil en una central, para generar electricidad, para generar hidrógeno, para emplearlo en una pila de combustible, tiene una eficiencia final, sin contar las pérdidas por transporte, no superior al 12%. Esto obligaría a quemar casi cuatro veces más combustibles fósiles para el mismo trabajo, lo que anularía las ventajas ambientales de centralizar las emisiones, y sin duda encarecería enormemente el precio de la energía.

Probablemente una visión más realista de las posibilidades a medio plazo del hidrógeno pase por prescindir de sus promesas de energía "limpia" (esto es: obtenida mediante electricidad, especialmente de energías renovables): Mediante descomposición química, actualmente se consigue una eficiencia del 72% generando hidrógeno a partir de gas natural, y algo menor si se obtiene del carbón. Si se solucionan los problemas de almacenamiento, será posible obtener rendimientos globales similares a los de los motores de combustión interna, con lo que la tecnología del hidrógeno permitiría en definitiva utilizar la energía del carbón (material muy abundante) para sustituir al petróleo. Sin embargo, la tecnología del hidrógeno así planteada, lejos de ser más limpia, sería mucho más contaminante, pues el carbón es más contaminante que el petróleo.

Existen aún muchas barreras tecnológicas que impiden que esta economía pueda llevarse a cabo; mientras, las investigaciones continúan.

Es la energía asociada a la radiación solar. La forma de energía que posee el Sol es energía nuclear interna que se transforma en la energía que emite mediante procesos de fusión. El Sol emite sin cesar lo que se llama energía radiante o, simplemente, radiación. Se transforma en lo que habitualmente se denomina energía térmica y en energía eléctrica. Se puede realizar directamente (fotovoltaica) o indirectamente.

Una ventaja importante de la energía solar en este modelo (además de tratarse de una fuente renovable y no contaminante) es la posibilidad de funcionar de modo distribuido: en línea con el concepto de energía 2.0, la energía solar permitiría a los consumidores generar su propia energía reduciendo la dependencia y las pérdidas relacionadas con el transporte.

Es la energía asociada al viento. La forma de energía que posee es la energía cinética del viento, que podemos aprovechar en los molinos, en la navegación a vela,... Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de vientos o barcos de vela, y en energía eléctrica en los aerogeneradores.

Es la energía asociada a los saltos de agua rios y embalses La forma de energía que posee el agua de los embalses es energía potencial gravitatoria, que podemos aprovechar conduciéndola y haciéndola caer por efecto de la gravedad. Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de agua y en energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas.

Es la energía asociada al uso del uranio. La forma de energía que se aprovecha del uranio es la energía interna de sus núcleos.

Se transforma en energía eléctrica. Una parte importante del suministro de energía eléctrica en los países desarrollados tiene origen nuclear.

Recibe el nombre de fusión nuclear la reacción en la que dos núcleos muy ligeros (hidrógeno) se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía.

Impacto medioambiental

El impacto medioambiental, depende de la forma de extracción que se utilice para la obtención del hidrógeno. Hoy aproximadamente el 95% de la producción del hidrógeno se realiza a través de la quema de combustibles fósiles, por tanto las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera están presentes en estas extracciones. Solo el 5% aproximadamente de la producción del hidrógeno se realiza a través de la electrolisis, la separación del hidrógeno que contiene el agua común, este método no es el más apropiado, ya que la energía utilizada para este proceso de extracción es mayor que la producida posteriormente del hidrógeno.

Referencias

  1. «La producción actual de hidrógeno podría abastecer a más de 100 millones de coches». Consultado el 1 de diciembre de 2008.
  2. «La economía del hidrógeno» (PDF). Consultado el 1 de diciembre de 2008.
  3. a b Monbiot, George (2008). Calor. Cómo parar el calentamiento global (en Español). Barcelona: RBA libros, pp. 217. ISBN 978-84-9867-053-0.
  4. Monbiot, George (2008). Calor. Cómo parar el calentamiento global (en Español). Barcelona: RBA libros, pp. 185. ISBN 978-84-9867-053-0.

La economía del hidrógeno, Jeremy Rifkin, Paidós Ibérica 2002, ISBN 84-493-1280-9

Enlaces externos

Obtenido de "Econom%C3%ADa de hidr%C3%B3geno"

Wikimedia foundation. 2010.

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