El hidrógeno: un nuevo sector que se suma a la bioeconomía

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Emiliano Huergo
Manager BioEcomomia

Un interesante artículo de Diego Cabot publicado el domingo pasado en el diario La Nación – recogido por bioeconomia.info – relata los avances y tendencias presentados por la industria automotriz en la última edición del  Tokio Motor Show, una de las ferias más importantes de esta industria.

Cabot destaca en su nota que Toyota, la automotriz más grande del mundo, no exhibió ningún vehículo impulsado por motores tradicionales: todos eran híbridos, eléctricos (EV) o a hidrógeno (FCV). Las terminales están dando cuenta que el mundo se mueve hacía una economía baja en carbono, sin lugar para los combustibles fósiles.

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Las celdas de hidrógeno es un dispositivo que genera electricidad a partir de una reacción sencilla: ingresa hidrógeno puro, que proviene de un tanque de almacenaje, y se encuentra a su paso con oxígeno del aire. La reacción produce agua y corriente eléctrica. Esta va a las baterías y desde allí se alimenta el motor eléctrico. La única emisión es vapor de agua.

El principio de funcionamiento de un celda de combustible se puede ver en el siguiente vídeo.

El artículo del periodista va más allá de la feria y resalta las iniciativas que vienen sucediéndose para el despegue de la tecnología del hidrógeno.

En bioeconomia.info estamos convencidos que las celdas de combustibles tienen muchas ventajas respecto a los autos eléctricos y la producción de hidrógeno representa una verdadera oportunidad para integrarse a la bioecnomía. Veamos porqué…

El hidrógeno

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia. En combinación con otros elementos se encuentra ampliamente distribuido en la Tierra, siendo el agua el compuesto más abundante e importante que forma el hidrógeno. El hecho que no se encuentre en estado puro, hace que no sea estrictamente una fuente de energía. Para utilizarlo como combustible debe extraerse de alguna de las sustancias que lo conforma.

El hidrógeno puede obtenerse por diferentes vías. La más utilizada es mediante el reformado del gas natural. Se hace reaccionar al gas natural (metano) con vapor de agua para dar en H2 y CO2. Actualmente el 75% del hidrógeno se obtiene por esta vía y un 23% se obtiene por gasificación del petróleo. Ambos métodos, lejos de ser amigable con el medio ambiente, son relativamente baratos ya que utiliza la energía contenida en el hidrocarburo.

La electrolisis del agua consiste en hacer reaccionar sus iones en electrodos polarizados, utilizando una fuente de corriente continua, obteniéndose hidrógeno molecular en estado gaseoso en el cátodo y oxigeno en las mismas condiciones en el ánodo. Este proceso tiene un alto costo energético. Cuando la energía eléctrica necesaria para el proceso de electrolisis es generada por fuentes renovables, el ciclo de combustión del hidrógeno tiene emisiones cero convirtiéndose en el combustible más limpio conocido en la actualidad.

Cabot describe algunas iniciativas que se vienen realizando para construir la infraestructura necesaria para abastecer loas autos con tecnología FCV. Según detalla la nota, estas consisten en obtener el hidrógeno por descomposición electrolítica del agua utilizando energías renovables, como la eólica y luego llevar el combustible a los distintos puntos de abastecimiento, que también deberán ser construidos. El título de la nota es muy claro: «El auto del mañana: petróleo por agua, el cambio en la energía».

Sin embargo, el hidrógeno es un elemento muy caro para almacenar ya que su densidad energética por unidad de volumen es muy baja. Debe ser comprimido a muy altas presiones para reducir su volumen, lo que requiere de materiales muy costosos y estrictas medidas de seguridad por ser altamente explosivo. Llevarlo a estado líquido requiere consumir en el proceso el 30% de su energía y su densidad es apenas de 71 gramos por litro.

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Hay muchos técnicos, investigadores y entusiastas (como es mi caso) que pensamos que el hidrógeno debe ser obtenido en el lugar donde se lo va a consumir. No siempre habrá parques solares o eólicos próximos a una estación de servicio disponibles para descomponer el agua. Generalmente se encuentran bastante alejados de éstas. Aún estando próximos, la naturaleza no siempre nos dispone del sol y el viento cuando lo necesitamos, por lo que la estación de abastecimiento deberá contar con un importante  pulmón de almacenamiento de hidrógeno, que según vimos, resulta ineficiente y antieconómico.

Por eso somos varios los que pensamos que el hidrógeno puede obtenerse a partir de otra fuente renovable: la biomasa.

Biomasa para generar hidrógeno

La vía de obtención de hidrógeno por biomasa es una de las formas de generar hidrógeno “verde”. Consiste en someter a la biomasa a un proceso de combustión incompleta a altas temperaturas, conocido como gasificación. El producto resultante es un gas que contiene hidrógeno, metano, dióxido y monóxido de carbono. Luego el metano se hace reaccionar con vapor de agua para obtener más hidrógeno y monóxido de carbono. El monóxido total reacciona con vapor de agua y genera más hidrógeno y dióxido de carbono. Cuando se considera el ciclo completo de la combustión de hidrógeno obtenido por la biomasa, el balance de dióxido de carbono resultante de la combustión es altamente favorable por el proceso de fotosíntesis de la biomasa.

En muy lindo vídeo, que se muestra a continuación, Toyota promociona su modelo Mirai en un comercial denominado Bullsh*t, mostrando que el hidrógeno puede obtenerse de muchas fuentes, entre ellas el estiércol de vacas.

https://www.youtube.com/watch?v=9pTluy9KpYU

Sin embargo, la tecnología utilizada por Toyota no es la única. Hay otras iniciativas muy interesantes que prometen ser muy revolucionarias.

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Durante los Juegos Olímpicos de Rio de Janeiro, la firma japonesa Nissan, sponsor del evento, presentaba una tecnología de celda de hidrógeno superadora. El desarrollo de la e-Bio Fuel-Cell, sobre la cual me referí en un artículo en Clarín Rural hace unos meses. Se trata de una tecnología desarrollada en Argentina por el equipo del Laboratorio de Procesos Catalíticos del la Facultad de Ingeniería de la UBA, comandado por Miguel Laborde. La tecnología fue  exportada a una firma española, que luego llegó a manos de la empresa nipona.

Si bien la celda funciona con hidrógeno, como las demás, la novedad es que el mismo se genera dentro del vehículo a partir de bioetanol que se encuentra dentro del tanque de combustible. Mediante una reacción química conocida como reforming (similar a la utilizada para obtener hidrógeno a partir del metano), el bioetanol se transforma en hidrógeno y dióxido de carbono.

Lo revolucionario de esta celda de combustible, conocida como SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) es que es capaz de soportar muy altas temperaturas, algo que no sucede con las de polímeros como las que utiliza el Mirai, permitiendo poder llevar a cabo la reacción de reforming.

Estos vehículos, que por ahora se encuentran en desarrollo, prometen una autonomía mínima de 600 kilómetros y un tiempo de reabastecimiento de tres minutos pudiendo aprovechar toda la estructura de abastecimiento existente, tal como muestra el siguiente video comercial.

https://youtu.be/RkSkaMfN1w4

Desde esta web, le damos una calurosa bienvenida al hidrógeno nuestra querida bioeconomía.

 
 
 
 
 

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