Hidrógeno desde el principio del Universo hacia el futuro sostenible

hidrógeno

Según las teorías más recientes de la física, el universo se empezó a expandir de una explosión enorme hace 15 mil millones de años. Hidrógeno y helio eran los primeros elementos químicos que se formaban. Estrellas, como por ejemplo el Sol del sistema solar en que vivimos, producen mucha energía convirtiendo hidrógeno en helio.

Este proceso se llama fusión nuclear. En el centro del Sol, cada segundo, aproximadamente 660 millones de toneladas de hidrógeno se convierten en 655 millones de toneladas de helio y la diferencia se distribuye en el sistema solar como calor y luz. La vida en la tierra depende de esta energía.

Si quemamos combustibles fósiles también usamos energía solar, conservada en el carbón, el gas natural o el petróleo crudo hace millones de años. Al fin y al cabo, estos combustibles fósiles son derivados de los antiguos bosques de la tierra primordial que convirtieron la energía solar, dióxido de carbón de la antigua atmósfera y agua en moléculas de azúcar y oxígeno hacia los procesos de la fotosíntesis.

Cuando quemamos estos combustibles, estamos liberando energía solar que llegaba a la tierra hace mucho tiempo, pero el problema es que en el proceso de la combustión también liberamos varios gases, como el dióxido de carbono (CO2), que son la causa primaria del cambio climático y del asociado efecto invernadero.

El rumbo actual no es sostenible

La economía del crecimiento industrial está adic- ta a la combustión de energía fósil. Para la transformación hacia una sociedad sostenible, el cambio de nuestros sistemas de generar y almacenar energía es una de las tareas más fundamentales. Si no paramos el uso irresponsable de combustibles fósiles y empleamos fuentes de energía más limpias, como la energía solar, eólica e hidráulica rápidamente, es muy probable que lleguemos a concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono que romperán el equilibrio dinámico que mantiene un clima relativamente esta- ble en el planeta. El resultado es un caos climático de inundaciones, sequías, tormentas, y extremos de calor y frío que va a cambiar este planeta y nuestra civilización para siempre.

Pero, predicciones apocalípticas aparte, los combustibles fósiles son limitados y estamos usando las reservas, cada año más rápidamente. Según estimaciones muy conservadoras de la Administración de Información de Energía de Estados Unidos, la explotación de petróleo crudo mundial va a tocar techo en los años cuarenta de este siglo, pero muy probablemente la explotación va a empezar a bajar durante la década que viene. Si el consumo por cabeza de petróleo en China fuese el mismo que el consumo en los Estados Unidos, se necesitarían 81 millones de barriles diarios. Eso serían 10 millones de barriles más que la producción mundial del año 1997. El acceso a las reservas de combustibles fósiles se ha convertido en la razón primaria de conflictos bélicos. Las guerras en Chechenia, Afganistán e Irak son ejemplos recientes de esta tendencia. Además, el uso de los combustibles fósiles es una de las causas primarias de la mala calidad del aire en las grandes ciudades del mundo. Esta contaminación, a su vez, es una de las causas primarias de muchas enfermedades crónicas como las alergias.

Obviamente, la manera en que usamos combustibles fósiles no es sostenible y tenemos que encontrar combustibles alternativos muy rápidamente. El uso de diesel refinado de plantas como la colza (el orujo), la soja o el cáñamo, puede ser una solución local pero no para el uso a gran escala. Simplemente no hay bastante espacio para cultivar, ni son deseables los enormes monocultivos que harían falta para producir suficiente biodiesel. Además la combustión de biodiesel todavía causa contaminación en el medio ambiente, aunque mucho menos que la combustión de diesel derivado de petróleo crudo. En el caso del biodiesel, el círculo de carbonos esta cerrado y su combustión sólo añade la misma cantidad de carbono a la atmósfera que la que era absorbida en el crecimiento de las plantas usadas en su producción.

La economía del hidrógeno

El candidato favorito para ser el combustible del siglo XXI y de la sociedad sostenible del futuro, es claramente el hidrógeno. Es el elemento más abundante, ligero, simple y antiguo del Universo. Se puede usar en los motores de combustión interna. Los vehículos existentes pueden ser convertidos fácil y rápidamente para el uso de hidrógeno. La infraestructura de las gasolineras y oleoductos existentes, se puede usar perfectamente para la distribución de hidrógeno. Vamos a tener que convertir millones de vehículos al uso de hidrógeno durante las próximas dos décadas.

La transformación hacia una economía del hidrógeno es un proceso con dos fases. En la fase primera, tenemos que usar mezclas de combustibles fósiles e hidrógeno en motores de combustión interna. Hasta ahora, la mayoría del hidrógeno usado es de origen de gas natural (metano), petróleo y carbón, pero lo podemos producir de agua a través del proceso de la hidrólisis y el uso de energías renovables. En la segunda fase, los vehículos y la generación de electricidad descentralizada para el uso doméstico e industrial, usarían pilas de fuel. La producción de hidrógeno va a aprovechar la energía solar, eólica, geotermal, así como, la energía de las olas y de las mareas, que van a reemplazar el uso de los combustibles fósiles.

Las pilas de fuel ofrecen una fuente de potencia limpia, eficiente y segura. Es posible producir pilas de fuel para cualquier escala de aplicación y pueden ayudar a crear sistemas de uso de energía descentralizadas, que son más fiables, seguros y baratos. El calor generado en su operación, se puede usar para la calefacción de edificios y el calentamiento de agua. La mayoría de las pilas de fuel en activo hoy son de tipo de ácido fosfórico. Pero cada día hay más pilas de tipo “membrana de intercambio de protones”. Tienen la ventaja de una temperatura de operación más baja, se pueden encender en un instante, y son muy compactas. Por eso las pilas de este tipo son idóneas para el uso en vehículos de pilas de fuel.

Hidrógeno y el cambio climático

El uso de hidrógeno generado con energías renovables y usado en pilas de fuel va a bajar la emisión de carbón, y posiblemente nos pueda ayudar a frenar el cambio climático. Desde los inicios de la revolución industrial, en 1751, el uso de combustibles fósiles ha causado la emisión de 277 billones de toneladas de carbón a la atmósfera. Actualmente la emisión anual de carbón en el mundo, es de alrededor de 6 billones de toneladas y según previsiones oficiales puede aumentar hasta 9.8 billones de toneladas en el 2020. Si nos damos cuenta de que, aproximadamente un cuarto de estas emisiones estará causada por los Estados Unidos, podemos entender las proporciones de la falta de igualdad y sostenibilidad a nivel mundial.

Durante los últimos 250 años, la concentración atmosférica de dióxido de carbono ha subido en un 31%, desde 280 ppm (partes por millón) hasta 369 ppm de volumen. Esto es, posiblemente, la concentración más alta de los últimos 20 millones de años. Según el informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) de 2001: “es evidente que la subida de temperatura observada durante los últimos 50 años es a causa, principalmente de las actividades humanas” Si queremos frenar el caos climático y sus asociadas catástrofes medioambientales, sociales y económicas, tenemos que apoyar la transformación hacia la economía del hidrógeno en el menor tiempo posible.

El informe del IPCC Cambio Climático 2001, Mitigación, llega a la conclusión de que un sistema de energía basado en la tecnología del hidrógeno, con cerca de cero emisiones, “ofrece a la sociedad la capacidad de causar, a largo plazo, una reducción muy profunda en las emisiones de dióxido de carbono… y así, hacer posible la limitación de la concentración atmosférica de dióxido de carbono hasta un nivel que es (sólo) el doble o menos del nivel que había antes de la revolución industrial.” El informe indica que la economía del “hidrógeno ofrece una respuesta a las preocupaciones relacionadas con el cambio climático.” Varios países han empezado ya con la transformación hacía una economía del hidrógeno.

Vivimos en la Edad del Hidrógeno

La política del gobierno alemán y la industria alemana están empujando el desarrollo y el uso de la tecnología del hidrógeno. Alemania tiene la mayoría de los prototipos de vehículos de hidrógeno y pila de fuel, de las hidrogeneras (gasolinera para hidrógeno), y de los sistemas que producen hidrógeno con el uso de energías renovables. También es el país que ha organizado la mayoría de las conferencias internacionales sobre las tecnologías de hidrogeno. El HYFO- RUM 2000, que tuvo lugar en Munich, inició la era del hidrógeno. Don Huberts el presidente de Shell Hydrogen afirma: “La edad de piedra no se acabó por que nos quedamos sin piedras, y la edad del petróleo no va a acabar porque nos quedemos sin petróleo.”

Islandia ha empezado el gran proyecto de tener la primera economía del hidrógeno en el mundo. En colaboración con varias empresas, el gobierno de la Isla va a transformar el uso de combustible para los autobuses, coches y barcos de la Isla hacia el hidrógeno. En el año 2000, la primera hidrogenera era inaugurada en Reykiavik y los autobuses de la cuidad usan hidrógeno. La abundancia de energía geotermal e hidroeléctrica en Islandia se usa para producir el hidrógeno directamente en su localidad. Las islas de Hawai y la isla Vanuatu en el sur del Pacífico se han comprometido a seguir el ejemplo de Islandia y están desarrollando sus propias economías del hidrógeno.

Hace poco pusieron en servicio la primera hidrogenera de España, en Madrid. La estación servirá a autobuses movidos por el hidrógeno. La iniciativa es parte de un proyecto más amplio de la Unión Europea con la intención de empujar el desarrollo de sistemas limpios de transporte urbano. El Estado de California está ayudando con más de 500 millones de dólares el desarrollo de sistemas de células de fuel, para la producción de electricidad descentralizada a escala de empresa, de comunidades rurales o de barrios urbanos. Dentro de los próximos diez años California va a cubrir un 21% de su consumo de energía con la energía fotovoltaica y eólica en combinación con el uso de células de fuel. Es cierto que el hidrógeno es el fuel del futuro, como predijo Julio Verne en su libro La Isla Misteriosa en el año 1874: “Por supuesto, mis amigos, estoy convencido de que algún día se va a emplear agua como fuel. El hidrógeno y el oxígeno que lo constituyen, usados individualmente o juntos, proveerán una fuente de calor y luz con una intensidad que el carbón no puede.”

Pilas de fuel: ¿Qué son y cómo funcionan?

A través del proceso de la hidrólisis de agua se puede producir hidrógeno. El proceso puede usar energías renovables para separar el oxígeno el hidrógeno que constituyen cada molécula de agua. Con la tecnología de las pilas de fuel es posible generar energía a través de la inversión de este proceso, la electrolización. Dentro de una pila de fuel, la electricidad está generada a través de un proceso en el que el oxígeno y el hidrógeno están recombinados para generar energía y vapor de agua sin combustión.

El físico inglés, el SIR WILIAM GROVE, desarrolló la primera pila de fuel en el año 1839. La llamaba “batería gaseosa” porque, básicamente, la pila de fuel es una batería que se puede cargar usando un fuel químico, como el hidrógeno, en vez de unacorrientedeelectricidadinversa. Como con las placas fotovoltaicas, los primeros usos de pilas de fuel eran en los proyectos de la NASA, como el programa Apollo. La comercialización, económicamente rentable de estas tecnologías, depende mucho de la cantidad de la producción. Los precios de ambas tecnologías tienden a bajar cada año y su producción está subiendo rápida- mente. Existen varios prototipos de pilas de fuel y algunas están ya comercializadas. Entre otros existen los siguientes tipos:

  • La pila de membrana de intercambio de protones (existen varios tipos), que puede usar hidrógeno puro o metanol como fuel. Su eficiencia puede ser hasta un 60% y la temperatura de operación es 75 C°. El electrólito usado es un polímero.
  • La pila de ácido fosfórico, que usa el ácido fosfórico como electrólito, e hidrógeno como fuel. Tiene una eficiencia de hasta un 50% ys u temperatura de operación es 210 C°.
  • La pila de carbonatos fundidos que puede usar hidrógeno y gas natural, y tiene una temperatura de operación de 650C°. La eficiencia llega hasta un 55%, y el electrólito empleado es la sal de carbonatos fundidos.
  • La pila de Óxido sólido, que usa un electrólito cerámico y tiene una temperatura de operación de hasta 1000 C°. Esta pila puede usar cualquier fuente de hidrocarbón e hidrógeno como fuel, y tiene una eficiencia de hasta un 60%.

 

¿Qué para la Transformación hacía la Economía del Hidrógeno?

El presidente de la Asociación Internacional de la Energía del Hidrógeno (IAHE), T. NEJAT VEZIROGLU comenta que, el “movimiento de hidrógeno” se ha desarrollado mucho durante los últimos 25 años. La cantidad de organizaciones, conferencias y revistas científicas ha subido, al igual que el interés político e industrial. La siguiente etapa es la divulgación pública de que las tecnologías del hidrógeno están listas para sustituir a las tecnologías de combustibles fósiles. Falta educación pública sobre estas nuevas tecnologías, falta en todos los países. La educación tiene un papel importante en la transición hacia el hidrógeno.

En una conferencia reciente sobre la transición hacia la economía del hidrógeno, el Dr. TY CASHMAN decía: “Un conocimiento correcto sobre la economía del hidrógeno ofrece la visión que nos hace falta para unir a la generación joven en acción. Si el público entendiese:

  1. Los mecanismos de cómo podría funcionar la economía del hidrógeno
  2. Que es posible empezar ahora mismo con el cambio, porque no quedan obstáculos técnicos mayores,
  3. Cómo el cambio hacia la economía del hidrógeno puede prevenir por lo menos un 50% de todos los daños medioambientales en el futuro, y al mismo tiempo cambiar la tendencia hacia la centralización del poder en manos de unas pocas corporaciones multinacionales, es muy probable que tuviéramos mucho apoyo.”

El Dr. CASHMAN está convencido de que, en el proceso de aprender los datos concretos sobre el funcionamiento de la economía del hidrógeno podemos encontrar algo más grande: sentido, esperanza, y confianza en el futuro. No es inevitable que nuestra civilización elija la autodestrucción. Después de haber desarrollado esta civilización extraordinaria con el uso de combustibles fósiles, “ahora podemos encajarnos otra vez en el flujo de la naturaleza con nuestros nuevos conocimientos y habilidades intactos. La economía del hidrógeno nos ayudará volver a casa.” Una economía del hidrógeno hace posible la descentralización de la producción de energía que es un paso importante hacía las biorregiones sostenibles y el proceso de rehabitar nuestras comarcas (ver artículo sobre el biorregionalismo ).


Este artículo se publicó en el nº 5 de EcoHabitar, en primavera de 2005.

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