El Hidrógeno
El Hidrógeno (H+) es el elemento químico más ligero que existe, y se presenta en estado molecular, formando el gas diatómico (H2) en condiciones normales; que en estricto sentido se debería identificar cómo Di-Hidrógeno.
El Hidrógeno constituye aproximadamente el 75% de la materia visible del Universo, y es responsable de la gran cantidad de energía química en forma de radiaciones electromagnéticas que emiten las estrellas debido a la fusión nuclear entre los núcleos de Hidrógeno para transformarse en Helio (He+2); este es el caso de nuestra estrella «El Sol», cuya energía nos otorga la luz y el calor necesarios para la vida. En nuestro planeta «La Tierra», se han encontrado pequeñas cantidades de Hidrógeno de manera natural en el subsuelo, sin embargo, hasta ahora su producción proviene de recursos como tales como los hidrocarburos o el agua. Distintos procesos de transformación son necesarios para su producción, que es primeramente usado en la refinación de petróleo y la industria química. Por sí mismo, el gas Hidrógeno (H2) no es considerado una fuente de energía primaria, sino un vector energético y con un enorme potencial para su uso en sectores estratégicos como los sectores energía y transporte, y la industria de transformación (metálica, cemento, minero, etc.).
Foto: Créditos de la NASA (nasa.gov), El Universo, Hubble Telescope image.
» Creo que algún día el agua será un combustible, que el hidrógeno y el oxígeno…..
proporcionarán una fuente inagotable de calor y luz…..»
Jules Verne, La isla misteriosa, 1874
El Hidrógeno se posiciona como el principal acelerador de la descarbonización de las economías en todo el mundo, ya que no emite contaminantes cuando se utiliza directamente para combustión o en celdas de combustible, pues es un portador «Cero Emisiones Netas» de carbono.
Los métodos para la obtención del Hidrógeno se clasifican por su fuente y nivel de emisiones contaminantes. Para identificar cada uno de ellos, se ha propuesto a nivel internacional un código de colores, dependiendo el tipo de tecnología empleada.
Colores del Hidrógeno
El Hidrógeno con mayor producción a nivel mundial es el Hidrógeno Gris proveniente de las refinerías de petróleo por medio del proceso de Reformado de Metano con Vapor (SMR – Steam Methane Reforming) pero con emisiones de carbono; éste Hidrógeno es principalmente utilizado para la producción de gasolinas y en la petroquímica (amoniaco y fertilizantes). Si las emisiones de carbono del Hidrógeno Gris son capturadas con la tecnología de Captura y Secuestro de Carbono (CCS – Carbon Capture & Sequestration), entonces se clasifica como Hidrógeno Azul. Por su parte, el proceso de electrólisis del agua se considera por ser el más sustentable al no existir emisiones de carbono a la atmósfera y utilizar energía eléctrica de fuentes renovable; aquí destacan el Hidrógeno Amarillo (de energía solar), el Hidrógeno Rosa (de energía nuclear), y el Hidrógeno Verde (combinación de renovables), siendo este último el que presenta mayor potencial debido a la reducción de los costos de energía eléctrica renovable o «verde».
Ha surgido un proceso innovador para la producción de Hidrógeno, siendo principalmente por el uso de Litio (Li+3) y agua (2Li + 2H2O = H2 + 2LiOH). Con la explotación desmedida de Litio a nivel mundial para producir baterías aplicables a dispositivos electrónicos así como para la electromobilidad en vehículos eléctricos (VE), un método alternativo es la producción de Hidrógeno al reutilizar el Litio de las baterías. Las Baterías de Litio agotan su energía electromecánica, pues no así su energía química e Hidrógeno podría ser producido con agua y sin energía adicional (electrólisis), por lo tanto en la REDLAC-H2 lo nombramos como Hidrógeno Plateado.
Recientemente, se ha descubierto la existencia de Hidrógeno natural del subsuelo en Mali, África en el campo Bourabougou, sin embargo aún existen dificultades para su explotación y producción. Si existieran grandes cantidades de este gas en reservas naturales y además renovable, lo llamarían como Hidrógeno Dorado (H2D) al considerarse como el más preciado por ser entonces una fuente de energía primaria y de muy posible bajo costo. Surgen proyectos de interés en España (Proyecto Aragón), Estados Unidos (Campo Nebraska) y Australia (Proyecto Ramsey) que lideran la exploración de hidrógeno natural (H2D).
Usos del Hidrógeno
Energía.
El Hidrógeno es considerado como el vector energético más importante a futuro para la generación de electricidad y seguridad energética por su versatilidad de almacenamiento. Cuando la energía eléctrica es producida en exceso por fuentes renovables, se puede generar gas Hidrógeno de la electrólisis del agua y posteriormente ser almacenada y/o inyectada en las redes de gas natural; esta conversión de «energía a gas» es conocida como Power-to-Gas (P2G).
Transporte.
Para uso directo en automóviles, camiones, barcos y trenes con tecnología de celda de combustible o de combustión interna. Cuando se usa celda de combustible, se produce internamente electricidad que es almacenada en una pila eléctrica. En la combustión interna, el Hidrógeno es quemado directamente y solamente se emite vapor de agua. El transporte es el principal sector con mayor potencial para la reducción de emisiones de carbono por el uso de Hidrógeno.
Industria.
Por el alto poder calorífico y propiedades químicas del Hidrógeno, éste puede usarse en la industria con alta intensidad energética como la refinación de petróleo, minería, cemento, petroquímica, metalúrgica, entre otras. Además de ser un vector energético para la optimización de procesos y de eficiencia energética, el Hidrógeno es ideal para desplazar el uso de gas natural y reducir considerablemente las emisiones de CO2.
Materia prima.
El Hidrógeno primordialmente se utiliza como materia prima para la producción de gasolinas, polímeros, disolventes, amoniaco y fertilizantes pero con una alta huella de carbono. Sin embargo, el Hidrógeno producido por fuentes renovables (energía eléctrica), se prioriza a futuro para la producción de combustibles líquidos sintéticos (metanol, keroseno, jet-fuel), amoniaco verde y fertilizantes verdes. Esta conversión de «energía a líquidos» es conocida como Power-to-Liquids (P2L).
Foto de Richard Horvath en Unsplash
Propiedades del Hidrógeno
El Hidrógeno es un elemento químico que en su estructura atómica, presenta un protón (+) en su núcleo y un electrón (-) en su orbital. Se representa con el símbolo H y se encuentra ubicado en el grupo 1 y el periodo 1 de la Tabla Periódica de los Elementos. Cuando dos átomos de Hidrógeno se unen a temperatura y presión ideales, se forma la Molécula de Hidrógeno (H2) y se libera energía (calor) por el enlace covalente de los electrones. El hidrógeno tiene 3 isótopos naturales: Protio (1H), Deuterio (2H), y Tritio (3H).
El Hidrógeno fue descubierto en 1766 por el científico Henry Cavendish, quien fue el primero en determinar que el Hidrógeno era un elemento particular que se oxidaba en presencia de oxígeno (aire) para producir agua, quien lo reconoció como «aire inflamable». De hecho, su nombre significa «formador de agua» y procede de las voces griegas «hydros«, agua, y «genos«, generador.
Propiedades físicas:
| Masa atómica | 1.00797 g/mol |
| Peso molecular | 2.01594 g/mol |
| Densidad del gas | 0.0899 kg/m3 |
| Densidad del líquido | 70.79 kg/m3 |
| Punto de fusión | 14.025 K (-259 ºC) |
| Punto de ebullición | 20.268 K (-253 ºC) |
| Punto de inflamabilidad | 255 K (-18 ºC) |
| Temperatura de flama | 2318 – 2676 K (2045 – 2403 ºC) |
| Máxima velocidad de flama | 346 cm/s |
| Temperatura ignición en aire | 803 K (530 ºC) |
| Poder Calorífico Inferior | 33.32 kWh/kg (119.97 MJ/kg) |
| Poder Calorífico Superior | 39.41 kWh/kg (141.89 MJ/kg) |
Átomo de Hidrógeno (H+):
Molécula de Hidrógeno (H2):
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