LAS ETAPAS Y OPCIONES DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DEL HIDRÓGENO

Giancarlo Elia Valori*

Hay tres formas principales de utilizar la energía del hidrógeno:

1) combustión interna;

2) conversión a electricidad utilizando una pila de combustible;

3) fusión nuclear.

El principio básico de un motor de combustión interna de hidrógeno es el mismo que el de un motor de combustión interna de gasolina o diesel. El motor de combustión interna de hidrógeno es una versión ligeramente modificada del motor de combustión interna de gasolina tradicional. La combustión interna de hidrógeno quema hidrógeno directamente sin usar otros combustibles o producir vapor de agua de escape.

Los motores de combustión interna de hidrógeno no requieren ningún entorno especial costoso o catalizadores para realizar completamente el trabajo, por lo que no hay problemas de costos excesivos. Muchos motores de combustión interna de hidrógeno desarrollados con éxito son híbridos, lo que significa que pueden usar hidrógeno líquido o gasolina como combustible.

El motor de combustión interna de hidrógeno se convierte así en un buen producto de transición. Por ejemplo, si no puede llegar a su destino después de repostar, pero encuentra una estación de reabastecimiento de hidrógeno, puede usar hidrógeno como combustible. O puede usar hidrógeno líquido primero y luego una estación de reabastecimiento de combustible regular. Por lo tanto, la gente no tendrá miedo de utilizar vehículos impulsados por hidrógeno cuando las estaciones de repostaje de hidrógeno aún no están muy extendidas.

El motor de combustión interna de hidrógeno tiene una pequeña energía de ignición; es fácil lograr la combustión, por lo tanto, se puede lograr un mejor ahorro de combustible en condiciones de trabajo más amplias.

La aplicación de la energía del hidrógeno se logra principalmente a través de pilas de combustible. La forma más segura y eficiente de usarlo es convertir la energía del hidrógeno en electricidad a través de dichas células. El principio básico de la generación de energía de pila de combustible de hidrógeno es la reacción inversa de electrólisis del agua, el hidrógeno y el oxígeno suministrados al cátodo y al ánodo, respectivamente. El hidrógeno que se separa – después de la reacción del electrólito – hace que los electrones emitidos alcancen el ánodo a través del cátodo por medio de una carga externa.

La principal diferencia entre la pila de combustible de hidrógeno y la batería ordinaria es que esta última es un dispositivo de almacenamiento de energía que almacena energía eléctrica y la libera cuando es necesario, mientras que la pila de combustible de hidrógeno es estrictamente un dispositivo de generación de energía, como una planta de energía.

Lo mismo que un dispositivo de generación de energía electroquímica que convierte directamente la energía química en energía eléctrica. El uso de la pila de combustible de hidrógeno para generar electricidad, convierte directamente la energía química de combustión en energía eléctrica sin combustión. La tasa de conversión de energía puede alcanzar del 60% al 80% y tiene una baja tasa de contaminación. El dispositivo puede ser grande o pequeño, y es muy flexible.

Básicamente, las baterías de combustión de hidrógeno funcionan de manera diferente a los motores de combustión interna: las baterías de combustión de hidrógeno generan electricidad a través de reacciones químicas para propulsar automóviles, mientras que los motores de combustión interna usan calor para conducir automóviles.

Debido a que el vehículo de pila de combustible no implica combustión en el proceso, no hay pérdida mecánica o corrosión. La electricidad generada por la batería de combustión de hidrógeno se puede utilizar directamente para impulsar las cuatro ruedas del vehículo, dejando así fuera el dispositivo de transmisión mecánica. Los países que están desarrollando investigaciones son conscientes de que la batería del motor de combustión de hidrógeno pondrá fin a la contaminación. La investigación y el desarrollo de tecnología ya han producido con éxito vehículos de pila de hidrógeno: las industrias de poda de automóviles de vanguardia incluyen GM, Ford, Toyota, Mercedes-Benz, BMW y otras compañías internacionales importantes.

En el caso de la fusión nuclear, la combinación de núcleos de hidrógeno (deuterio y tritio) en núcleos más pesados (helio) libera enormes cantidades de energía.

Las reacciones termonucleares, o cambios radicales en los núcleos atómicos, son actualmente nuevas fuentes de energía muy prometedoras. Los núcleos de hidrógeno implicados en la reacción nuclear, como el hidrógeno, el deuterio, el flúor, el litio, el iridio (obtenido especialmente de meteoritos caídos en nuestro planeta), etc., obtienen la energía cinética necesaria del movimiento térmico y provocan la reacción de fusión.

La propia reacción termonuclear detrás de la explosión de la bomba de hidrógeno, que puede producir una gran cantidad de calor en un instante, todavía no puede utilizarse con fines pacíficos. Bajo condiciones específicas, sin embargo, la reacción termonuclear puede lograr una reacción termonuclear controlada. Este es un aspecto importante para la investigación experimental. La reacción termonuclear controlada se basa en el reactor de fusión. Una vez que un reactor de fusión tiene éxito, puede proporcionar a la humanidad la fuente de energía más limpia e inagotable.

La viabilidad de un reactor de fusión nuclear controlado más grande es tokamak. Tokamak es un dispositivo de forma toroidal que utiliza un potente campo magnético para confinar el plasma. Tokamak es uno de los varios tipos de dispositivos de confinamiento magnético desarrollados para producir energía de fusión termonuclear controlada.

A partir de 2021, es el principal candidato para un reactor de fusión. El nombre tokamak proviene del ruso (toroidal’naja kamera s magnitnymi katuškami: cámara toroidal con bobinas magnéticas). Su configuración magnética es el resultado de una investigación realizada en 1950 por los científicos soviéticos Andrei Dmitrievič Sakharov (1921-1989) e Igor’ Evgen’evič Tamm (1895-1971), aunque el nombre se remonta más precisamente a 1957.

En el centro de tokamak hay una cámara de vacío en forma de anillo con bobinas enrolladas en el exterior. Cuando se energiza, se genera un enorme campo magnético espiral dentro del tokamak, que calienta el plasma en el interior a una temperatura muy alta, lo que logra el propósito de la fusión nuclear.

La energía, los recursos y los problemas ambientales necesitan urgentemente la energía del hidrógeno para resolver la crisis ambiental, pero la preparación de la energía del hidrógeno aún no está madura, y la mayor parte de la investigación sobre materiales de almacenamiento de hidrógeno todavía se encuentra en la etapa de laboratorio exploratorio. La producción de energía de hidrógeno también debe centrarse en la producción “biológica” de hidrógeno.

Otros métodos de producción de hidrógeno son insostenibles y no cumplen los requisitos de desarrollo científico. Dentro de la producción biológica, la producción microbiana requiere una combinación orgánica de ingeniería genética e ingeniería química para que la tecnología existente pueda utilizarse plenamente para desarrollar organismos productores de hidrógeno que cumplan los requisitos lo antes posible. La producción de hidrógeno a partir de biomasa requiere una mejora continua y una promoción vigorosa de la tecnología. Es un proceso difícil.

El almacenamiento de hidrógeno centrado en el descubrimiento de nuevos aspectos de los materiales o su preparación aún no está a nivel industrial a gran escala. Teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de almacenamiento de hidrógeno, y el material a utilizar, también necesita más estudio.

Además, cada material de almacenamiento de hidrógeno tiene sus propias ventajas y desventajas, y la mayoría de las propiedades del material de almacenamiento tienen las características que se relacionan con la aductividad y las propiedades de un solo material, más comúnmente conocido.

Por lo tanto, se cree que los esfuerzos deben centrarse en el desarrollo de un material compuesto de almacenamiento de hidrógeno, que integre las ventajas de almacenamiento de múltiples materiales individuales, en la línea de mayores esfuerzos futuros.

^* Copresidente del Consejo Asesor Honoris Causa. El Profesor Giancarlo Elia Valori es un eminente economista y empresario italiano. Posee prestigiosas distinciones académicas y órdenes nacionales. Ha dado conferencias sobre asuntos internacionales y economía en las principales universidades del mundo, como la Universidad de Pekín, la Universidad Hebrea de Jerusalén y la Universidad Yeshiva de Nueva York. Actualmente preside el «International World Group», es también presidente honorario de Huawei Italia, asesor económico del gigante chino HNA Group y miembro de la Junta de Ayan-Holding. En 1992 fue nombrado Oficial de la Legión de Honor de la República Francesa, con esta motivación: “Un hombre que puede ver a través de las fronteras para entender el mundo” y en 2002 recibió el título de “Honorable” de la Academia de Ciencias del Instituto de Francia.

Traducido al español por el Equipo de la SAEEG con expresa autorización del autor. Prohibida su reproducción.

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