¿Cómo convertir agua a hidrógeno?

El principal y más limpio método de obtención del hidrógeno -y el más limpio- es la electrólisis, un proceso que consiste en romper la molécula de agua mediante la aplicación de electricidad. Esto hace que el hidrógeno y el oxígeno se separen, quedando atrapados en el cátodo y en el ánodo respectivamente.

Mediante la electrolisis, el agua se descompone para formar hidrógeno y oxígeno (1). Como puede observarse, en esta reacción se necesita un aporte energético (DH positiva), que será suministrado mediante energía eléctrica.

En cuanto al consumo de agua, se necesitan nueve litros para producir un solo litro de hidrógeno. Se está investigando con agua desalada o incluso con depuradora para buscar otras fuentes alternativa sal agua potable, pero ¿será un problema producir hidrógeno en un país con estrés hídrico ?

Es necesario un volumen de 11.2 Nm³ (volumen del maletero de un gran vehículo utilitario o comercial) para almacenar solo 1 kg de hidrógeno, que es la cantidad que se requiere para recorrer aproximadamente 100 km.

En promedio, un electrolizador de tamaño pequeño puede producir alrededor de unos pocos litros de gas de hidrógeno por hora, mientras que un equipo industrial puede producir muchas veces más.

Hoy en día, la obtención del hidrógeno proviene en su 95 por ciento de fuentes de energía fósiles: el gas natural y el petróleo, o la biomasa derivada de la madera. Existen tres métodos industriales para obtener hidrógeno: la transformación molecular, la gasificación del carbón y la electrolisis del agua.

El hidrógeno verde hoy:

Se necesita agua ultrapura para producir hidrógeno verde.

¿Cuánta masa de hidrógeno hay en una gota de agua? Usemos el volumen de una gota de agua que usa la comunidad científica. El volumen promedio aceptado de una gota de agua es exactamente de 0,05 ml. Resulta que hay más de 1,5 sextillones de moléculas en una gota de agua y más de 5 sextillones de átomos por gota.

Por lo general, la producción de hidrógeno verde se realiza utilizando las reservas locales de agua dulce, pero la idea de combinar plantas de desalinización, que purifican el agua de mar, está ganando terreno como algo esencial para el futuro desarrollo del hidrógeno verde.

Debido a su baja densidad, el hidrógeno es un gas difícil de almacenar.

Almacenamiento y distribución de hidrógeno

El hidrógeno se puede almacenar físicamente en forma líquida, gaseosa o sólida: El punto de ebullición del hidrógeno líquido es de -252,9 °C.

Fuente de energía renovable y limpia: Cuando se quema el hidrógeno no se liberan elementos contaminantes a la atmósfera. La reacción que produce el hidrógeno al ponerlo en contacto con el oxígeno- no produce emisiones contaminantes de CO2, sino agua, por lo que no contamina.

Según los datos de la Comisión Europea: generar un kilo de hidrógeno limpio «gris» cuesta en torno a 1,5€, que se encarece a 2€ si se captura y almacena el CO2 liberado. Mientras, el coste del hidrógeno obtenido con energía renovable asciende a 2,5 y 5,5 euros por kilo.

Teniendo en cuenta todos estos factores, el precio del hidrógeno puede oscilar desde 3-4 €/kg hasta los 10 €/kg, aunque tomando como referencia el precio de venta en hidrogeneras de otros países, el hidrógeno cuesta actualmente entre 8 y 10 euros por kilogramo.

Los electrolizadores PEM utilizan una membrana de intercambio de protones y un electrolito polimérico sólido. Cuando se aplica corriente a la pila, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno y los protones del hidrógeno pasan a través de la membrana para formar gas de hidrógeno en el lado del cátodo.

Desventajas del hidrógeno verde

Uno de los principales riesgos ambientales asociados al hidrógeno verde es la posible escasez de agua. La producción de H2V requiere una cantidad significativa de agua y, en algunas zonas donde el agua ya escasea, este aumento de la demanda podría agravar la escasez existente.

Cómo funciona un coche de hidrógeno

El hidrógeno, almacenado en unos depósitos a alta presión, se canaliza hacia la pila de combustible, donde se combina con el oxígeno del aire para generar electricidad. Esta electricidad se almacena en una batería que reparte la energía al motor en función de la demanda.

¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en un litro de agua (H2O)? 1 litro de agua pura y destilada suele pesar 1000 g. Si dividimos por el peso molecular del agua (2*1+16 = 18 g/mol) tenemos que en 1 l de agua hay 55,55 moles de moléculas de agua, o 55,55 moles de átomos de oxígeno más 111,11 moles de átomos de hidrógeno.

Actualmente, el kg de hidrógeno tiene un precio de unos diez euros y el consumo medio de un coche de hidrógeno es de 0,8 kg/100 km, lo que se traduce en aproximadamente ocho euros cada 100 kilómetros.

La combustión del hidrógeno no contamina, sólo produce como subproducto agua (reacción 1), mientras que los combustibles fósiles liberan CO2 (reacción 2) que queda en la atmósfera y es uno de los mayores responsables de lo que se denomina "efecto invernadero".

No obstante, su descubrimiento se le atribuye a Henry Cavendish, quien en 1766 aisló el hidrógeno gaseoso a partir de la reacción de ciertos metales con un ácido fuerte.

La presencia de la corriente eléctrica hace que el agua se separe en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno. Ambos en forma de gas y, por eso, se observan burbujas. El oxígeno llega hasta la barra de hierro, que se oxida produciendo un precipitado de color oscuro que enturbia el agua.

La electrólisis necesita entre 11 y 15 kg por kg de hidrógeno. El reformado necesita entre 6 y 13 kg, más el agua de rechazo (link de la fuente aquí). En otras fuentes, como HYGEAR, fabricante de reformadores de Gas Natural, el consumo asciende a casi 24 kg de agua por kg de hidrógeno producido.

¿Sabías que…? el cuerpo humano (porcentaje en masa) son: Oxígeno = 65%, Carbono = 18%, Hidrógeno = 10%, Nitrógeno = 3%, Calcio = 2%, Fósforo = 1%, Otros = 1%.

En la corteza terrestre, otros elementos abundantes son: por este orden, aluminio (Al) 7,5%, hierro (Fe) 3,4%, calcio (Ca) 3,4%, sodio (Na) 2,4%, potasio (K) 2,4%, magnesio (Mg) 2% e hidrógeno (H) 1%.