{"id":4128,"date":"2022-12-12T14:23:38","date_gmt":"2022-12-12T14:23:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.reciclajecuartaregion.cl\/portal\/?p=4128"},"modified":"2022-12-12T14:23:40","modified_gmt":"2022-12-12T14:23:40","slug":"el-hidrogeno-verde-una-quimera","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.reciclajecuartaregion.cl\/portal\/el-hidrogeno-verde-una-quimera\/","title":{"rendered":"El hidr\u00f3geno verde, \u00bfuna quimera?"},"content":{"rendered":"\n
\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n

Para conseguir hidr\u00f3geno, solo hace falta una pila de linterna, un par de cables y un par de l\u00e1pices. Si en vez de una pila de linterna, tenemos una placa fotovoltaica o un molino de viento, podemos conseguir hidr\u00f3geno en cantidades industriales. \u00bfD\u00f3nde est\u00e1 el problema? Fuente: El Desconcierto, 12 de diciembre de 2022.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Los seres humanos hemos almacenado la energ\u00eda solar desde la primera revoluci\u00f3n energ\u00e9tica mediante las plantas, y ahora, en la tercera revoluci\u00f3n energ\u00e9tica, necesitamos urgentemente vectores de almacenamiento abundantes y baratos. El hidr\u00f3geno es uno de los m\u00e1s populares.<\/p>\n\n\n\n

El hidr\u00f3geno verde<\/a> permite almacenar energ\u00eda capturada directamente del sol mediante celdas fotovoltaicas o del viento mediante turbinas e\u00f3licas. Como explicaba en un art\u00edculo anterior<\/a>, lo necesitamos para reducir las emisiones de CO\u2082.<\/p>\n\n\n\n

Tenemos todo el hidr\u00f3geno que podamos imaginar en el agua del mar. Y obtenerlo ser\u00eda realmente barato\u2026 si no existiese la ley m\u00e1s universal y b\u00e1sica de la f\u00edsica: la segunda ley de la termodin\u00e1mica<\/a> dice que conseguir energ\u00eda concentrada es siempre dif\u00edcil.<\/p>\n\n\n\n

Romper el agua con electricidad<\/h4>\n\n\n\n

Para conseguir hidr\u00f3geno, solo hace falta una pila de linterna, un par de cables y un par de l\u00e1pices, como se ve en la figura que acompa\u00f1a a este p\u00e1rrafo. Si en vez de una pila de linterna, tenemos una placa fotovoltaica o un molino de viento, podemos conseguir hidr\u00f3geno en cantidades industriales. \u00bfD\u00f3nde est\u00e1 el problema?<\/p>\n\n\n\n

Es muy f\u00e1cil combinar el hidr\u00f3geno y el ox\u00edgeno (quemar hidr\u00f3geno) para obtener energ\u00eda: 33,33 kWh por kilogramo de hidr\u00f3geno. Es decir, la energ\u00eda que precisa una cocina de 1 kW funcionando 33,33 horas, o la de un coche de 66 kW marchando a toda potencia una media hora.<\/p>\n\n\n\n

Separar el hidr\u00f3geno del ox\u00edgeno (es decir, romper el agua) exige una energ\u00eda similar, pero es muy dif\u00edcil conseguir la rotura de la mol\u00e9cula de agua. Para lograrlo, las plantas hacen la fotos\u00edntesis, uno de los procesos bioqu\u00edmicos m\u00e1s complejos de la naturaleza. Y nosotros lo hacemos con electricidad.<\/p>\n\n\n\n

La electricidad en el agua provoca la rotura de la mol\u00e9cula de agua, pero solo en los electrodos (las minas de los l\u00e1pices en nuestro experimento) y muy lentamente.<\/p>\n\n\n\n

La velocidad te\u00f3rica de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno en una cuba electrol\u00edtica<\/a> con unas l\u00e1minas (c\u00e1todo y \u00e1nodo) de 1 m\u00b2 de superficie y unos 2 000 A\/m\u00b2 de densidad de corriente introducidas en el agua es de 72 g\/h. Por tanto, en 6 horas se producir\u00edan 432 g o 14.4 kWh.<\/p>\n\n\n\n

En el caso de utilizar energ\u00eda solar, si consideramos una eficiencia del 100 % en la conversi\u00f3n de electricidad a hidr\u00f3geno y una producci\u00f3n de 1,2 kWh\/m\u00b2 en las 6 horas de sol que funciona una placa fotovoltaica de 1 m\u00b2, necesitar\u00edamos 12 placas para producir esos 432 g de hidr\u00f3geno verde.<\/p>\n\n\n\n

Procesos actuales de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno<\/h4>\n\n\n\n

Para producir hidr\u00f3geno, las mol\u00e9culas de agua se disponen sobre la superficie de los catalizadores en los electrodos de un electrolizador o pila. Los catalizadores se componen de metales como el platino y \u00f3xidos de n\u00edquel. Las interacciones de los electrones de estos metales con las mol\u00e9culas individuales de agua en esas superficies consiguen romper los fuertes enlaces entre el hidr\u00f3geno y el ox\u00edgeno.<\/p>\n\n\n\n

Hay muchas investigaciones sobre muy diversos procesos y catalizadores posibles, pero son dos las tecnolog\u00edas m\u00e1s empleadas en la actualidad y que con m\u00e1s probabilidad emplearemos hasta el 2050: las pilas o c\u00e9lulas alcalinas (de agua salada generalmente) y las pilas basada en una membrana polim\u00e9rica (PEM) de intercambio de protones (hidr\u00f3geno ionizado) en un ambiente \u00e1cido.<\/p>\n\n\n\n

Pilas alcalinas<\/strong><\/p>\n\n\n\n

El caso alcalino es el m\u00e1s barato, pues los catalizadores pueden ser de n\u00edquel o cobalto. Su eficiencia en la conversi\u00f3n de electricidad en hidr\u00f3geno<\/a> sigue la curva en negro de la gr\u00e1fica que sigue a estas l\u00edneas.<\/p>\n\n\n\n

\"\"Gr\u00e1fica que muestra la eficiencia de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno (eje y) en funci\u00f3n de la densidad de corriente (eje x). La funci\u00f3n Z es el producto de la eficiencia por la productividad y marca la cantidad de hidr\u00f3geno (en la unidad qu\u00edmica moles) por metro cuadrado de l\u00e1mina de electrodo y segundo. Author provided (no reuse)<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Si queremos eficiencias superiores al 50 %, necesitamos corrientes inferiores 2 000 amperios por metro cuadrado (A\/m\u00b2). Puesto que las mayores eficiencias implican menores corrientes en los electrodos, una mayor eficiencia implica una velocidad de producci\u00f3n menor.<\/p>\n\n\n\n

Seg\u00fan una f\u00f3rmula de Faraday, la velocidad de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno (en moles) es igual a la corriente el\u00e9ctrica por metro cuadrado de placa catalizadora, multiplicada por la superficie de la placa en metros cuadrados, y dividida por dos por la constante de Faraday. Es el c\u00e1lculo necesario para calcular la productividad en moles por segundo.<\/p>\n\n\n\n

El equilibrio entre eficiencia y productividad se alcanza para 1 950 A\/m\u00b2 con una eficiencia de alrededor del 52 %.<\/p>\n\n\n\n

Pilas de membrana polim\u00e9rica<\/strong><\/p>\n\n\n\n

En el caso de la membrana polim\u00e9rica, el medio donde est\u00e1n los electrodos es \u00e1cido, y los catalizadores deben ser por tanto metales nobles, que resistan los \u00e1cidos, y m\u00e1s caros, como el platino, el iridio y el titanio. En este caso el rendimiento est\u00e1ndar es del 60 %.<\/p>\n\n\n\n

Recientemente se ha propuesto otra tecnolog\u00eda: la electr\u00f3lisis de alto rendimiento<\/a>, un sistema capilar cuyos descubridores dicen que puede llegar al 90 % de rendimiento, pero est\u00e1 en fase de laboratorio, lejos a\u00fan del uso industrial.<\/p>\n\n\n\n

\"\"Shutterstock \/ 24K-Production<\/a><\/h5>\n\n\n\n

\u00bfCu\u00e1nta energ\u00eda solar necesitamos?<\/h4>\n\n\n\n

Una placa fotovoltaica de un metro cuadrado produce m\u00e1s o menos 5 amperios a unos 40 voltios, es decir, una potencia de 0.2 kW por hora. En 6 horas produce 1.2 kWh. Si transformamos el voltaje a 1.30 voltios (el m\u00ednimo para la electr\u00f3lisis), la corriente sube a 153 amperios. Las 12 placas fotovoltaicas de un metro cuadrado mencionadas arriba generar\u00edan 1 950 A\/m\u00b2. Esto, en teor\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

Si vamos al laboratorio, un trabajo muy concienzudo, y representativo de otros muchos, fue realizado por G\u00fcl y Aky\u00fcz<\/a> de la Universidad de Balikesir (Turqu\u00eda) en 2020. En su estudio obtuvieron 4,5 kg de hidr\u00f3geno al a\u00f1o utilizando dos placas fotovoltaicas de 0,2 kw de potencia cada una. A lo largo del a\u00f1o la energ\u00eda el\u00e9ctrica producida por las placas fue de 557 kWh, bastante menor que la energ\u00eda posible si las placas hubiesen funcionado con 0,2 kw 6 horas al d\u00eda 365 d\u00edas al a\u00f1o. Los 4,5 kg de H\u2082 servir\u00edan para producir 150 kWh de energ\u00eda. El rendimiento en el laboratorio es as\u00ed del 27 %, m\u00e1s o menos la mitad del rendimiento te\u00f3rico.<\/p>\n\n\n\n

Este rendimiento se podr\u00e1 mejorar, pero poco, pues los catalizadores son los que son, y los procesos tanto fotovoltaicos como de electrolisis son complejos. Los procesos industriales son siempre much\u00edsimo menos eficientes que los realizados en el laboratorio y, por tanto, que los procesos te\u00f3ricos. La realidad no es nunca ideal.<\/p>\n\n\n\n

En cuanto a los precios, oscilan en la actualidad entre los 2 y los 5 euros por kg de hidr\u00f3geno bajo electrolisis. El precio del kWh obtenido del hidr\u00f3geno es de 0.06 euros, mientras que el de la gasolina o el gas\u00f3leo a la salida de la refiner\u00eda es de 0.03 euros. Si el coste del hidr\u00f3geno bajase a 1 euro por kg, su precio equivaldr\u00eda al de la gasolina.<\/p>\n\n\n\n

En Espa\u00f1a, por ejemplo, se emplea anualmente 400 TWh de energ\u00eda para el transporte. Esto equivale a 12 000 millones de kg de hidr\u00f3geno, para lo que se necesitar\u00edan 5 300 millones de placas en el caso de un rendimiento del 27 %, o 2 650 millones en el caso de un 54 % de rendimiento. Es decir, 2 650 km\u00b2 de placas. Recordemos que la comunidad aut\u00f3noma de La Rioja tiene 5 000 km\u00b2.<\/p>\n\n\n\n

Espa\u00f1a tiene una superficie de unos 500 000 km\u00b2. Una gran proporci\u00f3n de esta superficie son terrenos des\u00e9rticos o casi des\u00e9rticos. Instalar todas esas placas es factible. Lo que se necesita es la decisi\u00f3n empresarial y pol\u00edtica para hacerlo, con plazos concretos, cr\u00e9ditos y garant\u00edas judiciales sobre las ganancias de las inversiones para conseguirlo.<\/p>\n\n\n\n

De momento todo es a\u00fan ut\u00f3pico. Pero no tenemos tiempo para dejar las cosas para m\u00e1s adelante. Nos jugamos, no nuestra vida, pero si nuestra forma de vida, nuestra cultura.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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