Hidrogeno el combustible del futuro
Hidrogeno de donde proviene?Nos preguntamos ahora acerca de cmo
es y ser la produccin el hidrgeno. Ya dijimos que una manera de
obtenerlo, es a partir del agua, con lo cual al ser usado como
combustible, se recorre un ciclo cerrado que comienza y termina con
el agua. Sin embargo veamos primeramente cmo es la situacin del
hidrgeno hoy. Actualmente el hidrgeno es un elemento muy usado en
diversas industrias, inclusive la alimentaria. Sin embargo no se lo
obtiene a partir del agua, sino de los hidrocarburos, de donde
resulta ms econmico. Es previsible que en algn momento, teniendo en
cuenta los actuales esfuerzos puestos en el desarrollo de los
electrolizadores y la futura declinacin del petrleo (aumento del
precio), ha de tener lugar a la produccin masiva de hidrgeno por
mtodos electrolticos. Esto tambin resultar en beneficio de las
industrias petroqumicas por la mayor disponibilidad de materia
prima para la elaboracin de productos plsticos y dems. Si pensamos
en el hidrgeno como combustible, imaginamos mquinas, fbricas, casa
y vehculos accionados con dicho combustible. Es razonable entonces
pensar DNDE lo tendremos almacenado y qu tipos de contenedores sern
apropiados para su transporte y para llevar como tanques de
combustible en los vehculos. A continuacin se presenta una resea de
los principales mtodos y materiales utilizados para el
almacenamiento de hidrgeno, con nfasis en las actuales tendencias
conducentes a mejorar los mtodos clsicos y descubrir otros nuevos,
mediante el desarrollo y aplicacin de nuevos materiales
Almacenamiento de hidrgeno desde la fase gaseosa Considerando al
hidrgeno como combustible, es factible que el mismo accione
mquinas, fbricas, casas, vehculos. Surge de inmediato la necesidad
de encontrar contenedores apropiados para su almacenamiento y
transporte, y en particular cuando se trata de vehculos, la forma
ptima para llevar a bordo un tanque de combustible. Si bien desde
el punto de vista energtico, entre todos los combustibles el
hidrgeno es el que posee la mxima relacin energa/peso, la densidad
del hidrgeno como gas di-atmico en condiciones normales de presin y
temperatura (CNPT = 1 bar y 0 C) es CNPT (H2) = 0.0898 g/l, lo cual
significa que 1 Kg de hidrgeno en las condiciones ambientales
normales ocupa 11,135 m3. Resulta entonces que el hidrgeno, con
relacin al volumen, almacena menor cantidad de energa comparado con
otros portadores de energa, como por ejemplo, el gas natural o la
nafta. En la Tabla I se muestran valores de energa especfica
(kWh/kg) y de densidad de energakWh/l) de varios combustibles. El
metano, por ejemplo, que es el principal componente del gas
natural, tiene una densidad de CNPT (CH4) = 0,7167 g/l, por lo cual
el volumen ocupado por 1 Kg se reduce a 1,40m3. Sin embargo, a la
ventaja de ocupar ocho veces menos volumen que el hidrgeno se opone
el hecho de que la energa contenida es unas tres veces menor, con
la desventaja adicional de que su quemado libera gas carbnico. El
volumen que ocupa un combustible es un factor importante para su
almacenamiento y transporte. Es preciso que la energa consumida en
estos procesos sea mnima, de los cuales el almacenamiento es
probablemente el ms significativo. Se requiere entonces emplear un
mtodo que densifique al hidrgeno y que permita transportarlo en
forma segura y poco onerosa, para poder ser llevado sin
dificultades a bordo de los vehculos y evitando agregar peso
adicional excesivo. En la Tabla II se muestran los seis mtodos y
fenmenos bsicos de almacenamiento de hidrgeno. Se indica la
capacidad de almacenamiento en cada caso, referida de dos formas,
densidad gravimtrica m (masa de hidrgeno contenida como porcentaje
de la masa del elemento contenedor), y como densidad volumtrica V
(masa de hidrgeno almacenada en relacin al volumen ocupado por el
contenedor). De los mtodos citados slo se har referencia a aquellos
que en la actualidad ya son utilizados, tanto en forma masiva como
en prototipos o programas demostrativos. Estos incluyen disponerlo
como gas comprimido, como lquido criognico o absorbido en un slido
como hidruro metlico. Los otros mtodos se han comenzado a estudiar
recientemente, observndose ltimamente una gran actividad tendiente
a mejorar los actuales y descubrir nuevos, que se ajusten a cada
necesidad especfica y que sean seguros, eficientes y econmicos.
4.2. Gas comprimido El clsico cilindro de acero, que se prueba a
300 bar y se llena a presiones menores que 200 bar, en la mayora de
los pases tiene un contenido de hidrgeno del orden del 1,2% de la
masa del cilindro. Para que el tanque de combustible de un vehculo
tipo automvil posea un tamao razonable, as como una autonoma de 300
a 500 Km, las presiones involucradas debieran ser del orden de 800
atmsferas. De acuerdo a la bibliografa, se han fabricado cilindros
de compuestos livianos nuevos que soportan presiones de hasta 800
bar, de modo que el hidrgeno puede alcanzar una densidad volumtrica
de 36 kg/m3, casi la mitad que la del hidrgeno en forma lquida en
el punto de evaporacin normal. El hecho que la presin de salida
disminuya paulatinamente desde el valor mximo a cero a medida que
se vaca el contenedor, hace necesario el uso de un regulador de
presin. Conjuntamente con el riesgo de llevar a bordo tan altas
presiones, se suma otra desventaja que est asociada a la energa
requerida para comprimir el gas, que en la actualidad, gracias al
avance en la tecnologa de los compresores, est en el orden del 12 %
de la energa contenida en el hidrgeno. No obstante, la densidad
relativamente baja del hidrgeno almacenado, sumado a las altas
presiones involucradas en el sistema, constituyen importantes
desventajas que se asocian en este mtodo de almacenamiento. 4.3.
Hidrgeno lquido Esta forma de almacenamiento es particularmente
atractiva, pues permite incrementar la masa de hidrgeno con relacin
al volumen del contenedor. Se almacena en tanques criognicos a
-252C a presin atmosfrica. Debido a la baja temperatura crtica del
hidrgeno (-241C), slo puede almacenarse en forma lquida en sistemas
abiertos para evitar una fuerte sobrepresin. Por lo tanto, la
transferencia de calor a travs de las paredes del contenedor
produce una prdida de hidrgeno por evaporacin. Esta prdida es
funcin del tamao, la forma y la aislacin trmica del recipiente.
Tambin es proporcional a la relacin superficie/volumen, por lo cual
la velocidad de evaporacin disminuye al aumentar el tamao del
contenedor. Para recipientes trmicos tipo Dewar esfricos de doble
pared con aislamiento de vaco, las prdidas por evaporacin por da
son: 0,4% para los tanques cuyo volumen es de 50 m3, 0,2% para los
de 100 m3 y 0,06% para los de 20.000 m3. La energa terica necesaria
(trabajo) parta licuar el hidrgeno desde la temperatura ambiente es
3,23 kWh/kg, pero el trabajo tcnico es 15,2 kWh/kg, casi la mitad
del valor calrico ms bajo de combustin. El gran consumo de energa
para la licuefaccin y la continua prdida por evaporacin limitan el
posible uso de sistemas de almacenamiento de hidrgeno lquido para
aplicaciones donde el costo del hidrgeno no es importante y el gas
es consumido en un corto tiempo, como por ejemplo en aplicaciones
areas o espaciales. Mtodo de almacenamientom [H% masaV [kg H/m3T
[C]P [bar]Fenmeno y observaciones
Cilindros de gas a alta presin
