15.15: Hidrógeno para Almacenamiento y Utilización de Energía

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El gas hidrógeno, H ₂, puede servir como un medio libre de contaminación para almacenar y utilizar energía. El hidrógeno elemental es el menos contaminante de los combustibles porque solo produce agua. La electricidad que se genera de manera intermitente a partir de procesos solares, eólicos e incluso de flujo de mareas se puede utilizar para electrolizar el agua,

\[\ce{2H2O + electrical \: energy \rightarrow 2H2(g) + O2(g)}\]

y el hidrógeno se canalizó a cierta distancia y se quemó en un motor, utilizado en una pila de combustible (Figura 15.5 (5)), o almacenado bombeándolo bajo tierra. Aunque todavía no son prácticos, los procesos fotoquímicos directos que pueden dividir las moléculas de agua en H ₂ y O ₂ son atractivos desde el punto de vista de la sustentabilidad.

El hidrógeno se emplea en una medida limitada para los vehículos motorizados. Dichos vehículos que utilizan motores de combustión interna alimentados con hidrógeno están especialmente bien adaptados a Islandia, donde la abundante energía geotérmica e hidroeléctrica proporciona amplios suministros de hidrógeno generado electrolíticamente. Además, en Islandia no es posible conducir largas distancias por lo que es poco probable que uno quede varado lejos de una estación de repostaje. Honda ha puesto a disposición un número muy limitado de automóviles alimentados por celdas de combustible para arriendo en el sur de California, donde la compañía ha establecido estaciones de servicio de hidrógeno.

La idea de una “economía de hidrógeno” en la que el gas H ₂ es el medio predominante de transferencia, almacenamiento y utilización de energía puede ser demasiado optimista debido a factores como el bajo valor calorífico del hidrógeno por unidad de volumen y la amplia gama de mezclas explosivas que forma con el aire. Una de las mayores barreras para la adopción generalizada de vehículos alimentados con hidrógeno ha sido su incapacidad para transportar suficiente hidrógeno para un rango aceptable. Actualmente se están investigando varias soluciones a este problema. Una posibilidad es el almacenamiento de hidrógeno en contenedores de alta resistencia a una presión atmosférica de hasta casi 700 veces la reputación de contener suficiente hidrógeno para propulsar un automóvil 300 millas. Sólidos con capacidades de sorción muy altas para H ₂ (“carbones súper activados”) están siendo investigados para el almacenamiento de hidrógeno. Los combustibles líquidos, como la gasolina y el metanol, se pueden descomponer catalíticamente para generar hidrógeno, pero al hacerlo liberan dióxido de carbono de gases de efecto invernadero.

A diferencia de los combustibles fósiles como el metano, el hidrógeno elemental no es una fuente primaria de energía y debe producirse a partir de otras fuentes de energía. Además de la generación por electrólisis del agua, la mayor parte del hidrógeno ahora es producido por el reformado con vapor de metano a partir de gas natural

\[\ce{CH4 + H2O \rightarrow 3H2 + CO}\]

El producto de monóxido de carbono se puede hacer reaccionar con vapor,

\[\ce{CO + H2O \rightarrow CO2 + H2}\]

para producir H ₂ y CO ₂ adicionales. Tal proceso es contraproducente para proporcionar combustible, especialmente porque el gas metano es más fácil de almacenar y transportar que el hidrógeno elemental y el moderno motor de combustión interna con controles de emisiones asociados que funcionan con metano está prácticamente libre de contaminación. Por lo que el paso intermedio para producir hidrógeno elemental no es un enfoque muy sustentable. Aunque la producción de hidrógeno elemental por electrólisis de agua usando electricidad a partir de fuentes renovables como se discutió anteriormente es esencialmente no contaminante, la electrólisis es un medio relativamente ineficiente de usar energía eléctrica, que podría usarse de manera más sostenible, por ejemplo, en la carga de baterías en el complemento vehículos híbridos.