Características y seguridad del hidrógeno.
El hidrógeno tiene muchas características inusuales en comparación con otros elementos. Algunas de estas características interesantes e inusuales incluyen:
• El hidrógeno no existe en su forma natural en la Tierra; por lo tanto, debe fabricarse mediante reformado con vapor de gas natural, gasificación de carbón, electrólisis o reformado/oxidación de otros hidrocarburos o biomasa.
• Es el elemento más ligero y abundante.
• Puede arder con oxígeno para liberar grandes cantidades de energía.
• El hidrógeno tiene un alto contenido energético en peso.
• Tiene una baja densidad energética en volumen a temperatura estándar y presión atmosférica.
• Como cualquier otro gas, la densidad volumétrica se puede reducir drásticamente almacenando hidrógeno comprimido bajo presión o convirtiéndolo en hidrógeno líquido.
• El hidrógeno se quema cuando constituye del 4 al 75% del aire en volumen.
• Muchos contaminantes se forman cuando se quema hidrógeno en el aire debido al alto contenido de nitrógeno del aire.
La Tabla 1 compara las propiedades relevantes del hidrógeno, el metano, el metanol, el etanol, el propano y la gasolina, todos los cuales pueden usarse como combustible para celdas de combustible.
El hidrógeno es una buena opción como fuente de energía futura por muchas razones. Algunas de estas razones incluyen:
• El hidrógeno tiene el potencial de proporcionar energía a todos los sectores de la economía: industria, residencias, transporte y aplicaciones móviles.
• El hidrógeno se puede producir a partir de diversas fuentes.
• Es completamente renovable.
• El precursor más abundante y limpio del hidrógeno es el agua.
• El hidrógeno se puede almacenar de muchas formas, desde gaseoso hasta líquido y sólido.
• Puede almacenarse en diversos productos químicos y sustancias como metanol, etanol e hidruros metálicos.
• Puede producirse a partir de electricidad y convertirse en electricidad con alta eficiencia.
• Puede transportarse y almacenarse con la misma seguridad que cualquier otro combustible.
• Eventualmente puede ayudar en la liberación de combustibles a base de petróleo utilizados para automóviles.
• Es una solución atractiva para comunidades remotas que no pueden acceder a la electricidad a través de la red.
Uno de los atractivos fundamentales del hidrógeno es su ventaja medioambiental sobre los combustibles fósiles; sin embargo, el hidrógeno es tan limpio como las tecnologías utilizadas para producirlo. La producción de hidrógeno puede estar libre de contaminantes si se produce mediante uno de estos tres métodos:
• Mediante electrólisis utilizando electricidad derivada únicamente de fuentes de energía renovables o energía nuclear.
• Mediante el reformado con vapor de combustibles fósiles combinado con nuevas tecnologías de captura y almacenamiento de carbono.
• Mediante técnicas termoquímicas o biológicas basadas en biomasa renovable.
Una desventaja importante del procesamiento de hidrocarburos es la contaminación y el dióxido de carbono, lo que elimina una de las principales razones para utilizar hidrógeno. La mejor alternativa poco contaminante para crear hidrógeno es un proceso que implica la electrólisis del agua mediante electricidad. Este método no genera dióxido de carbono ni óxidos nitrosos o sulfurosos.
Actualmente, el hidrógeno se produce comercialmente para fabricar otros productos químicos como amoníaco y urea, para el craqueo de productos petroquímicos y como materia prima para las industrias de procesamiento alimentario, electrónico y metalúrgico.
Aspectos de seguridad del hidrógeno como combustible
La reputación del hidrógeno como “inseguro” se ha visto injustamente manchada por el incidente de Hindenberg y la bomba de hidrógeno. Aunque el hidrógeno ha sido demonizado, la investigación del incidente del Hindenberg demostró que el barniz de pintura de aluminio cargado con energía que cubría el barco inició el incendio, no el hidrógeno. Dado que el hidrógeno es una molécula pequeña, tiende a escapar por pequeñas aberturas más fácilmente que otros combustibles. El hidrógeno puede filtrarse a través de orificios o juntas de líneas de combustible de baja presión entre 1,2 y 2,8 veces más rápido que el gas natural. El gas natural tiene una densidad energética tres veces mayor que la del hidrógeno, por lo que una fuga de gas natural produce una mayor liberación de energía que una fuga de hidrógeno. Dado que el hidrógeno es más ligero y más difusor que la gasolina, el propano o el gas natural, se dispersa mucho más rápidamente. Si se produjera una explosión, el hidrógeno tiene la energía explosiva más baja por unidad de combustible almacenado.
El hidrógeno líquido tiene un conjunto diferente de problemas de seguridad. Si se derrama hidrógeno líquido, podría provocar quemaduras. Un derrame de hidrógeno líquido es similar a un derrame de petróleo, aunque se disipa mucho más rápidamente. Los sistemas de hidrógeno están diseñados con los controles y válvulas correctos para liberar hidrógeno de forma segura.
Al diseñar sistemas de hidrógeno, los fabricantes incorporan los siguientes modos de falla en sus sistemas:
• Prevención de fugas mediante pruebas exhaustivas de tanques y equipos.
• Instalar más de una válvula.
• Diseño de equipos para golpes, vibraciones y amplios rangos de temperatura.
• Agregar sensores de hidrógeno o detectores de fugas.
• Prevención de ignición eliminando fuentes de chispas eléctricas.
• Diseñar líneas de suministro de pilas de combustible que estén físicamente separadas de otros equipos.
Además del diseño de sistemas seguros, es necesario seguir desarrollando códigos y normas internacionales para la construcción, el mantenimiento y la operación de instalaciones y equipos de hidrógeno a fin de que el hidrógeno sea ampliamente aceptado. Con el tiempo, la uniformidad de los requisitos de seguridad aumentará la confianza de los clientes en el uso del hidrógeno.