Bienvenido(a) a Crisis Energética miércoles, 01 diciembre 2021 @ 13:18 CET

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¿ Porqué el H2 no es la solución ?


shon

Anónimo:
Aquí teneis mi respuesta argumentada.

Seguramente muchos ya habreis oido la serenata de esta canción pero me gustaria dar igualmente mi opinión al respecto, el tema sobre el que voy a intentar redactar una opinión és el hidrógeno, dicho elemento jamás podrá ser considerado un combustible, ya que este no se encuentra en la naturaleza, se deben emplear diversas técnicas para obtenerlo. La primera técnica es la electrolisis que consiste en la inducción de una corriente a través de un conductor electrolítico, al que previamente se le han sumergido un ánodo y un cátodo, para originar un transporte de materia (electrones) generando así electricidad. Podremos obtener tambien hidrógeno mediante una reacción química, en la que intervengan ácidos conjugados con ciertos metales, consistente en el desplazamiento del hidrógeno del ácido por acción del metal. Un ejemplo de reacción seria: Zn + H2SO4 --> ZnSO4 +2H, en la parte de los reactivos, encontramos un metal el Zinc ( Zn ) y un ácido ( H2SO4 ). En el lad de los productos encontramos un sulfato y el codiciado hidrógeno desprendido. La obtención de hidrógeno es posible tambien mediante la reacción de ciertos metales con hidróxidos solubles, un buen ejemplo de este tipo de reacciones, lo encontramos en la reacción de un metal el ( Zn ) con un hidróxido soluble ( NaOH ) dando como producto una sal y el hidrógeno desprendido. Otros métodos si usados en la indústria son los que consisten en la electrolisis del agua, la rotura de los enlaces H2O || H --- O ---- H de la molécula, mediante la inducción de una corriente eléctricaa una solución aquosa a la que previamente se le han sumergido un ánodo y un cátodo, para así generar un movimiento de electrones. Otro modo de obtención de hidrógeno en la indústria, es aquel en el que haciendo pasar vapor de agua a través del carbón al rojo se consige desprender una molécula de hidrógeno. Por último, podemos emplear gas natural en la obtención de H2, provocando una reacción del CH4 con vapor de agua, con el fin de obtener el oro blanco, Exsiste un nuevo método de obtención a partir del metanol pero presenta múltiples invconvenientes bastante graves.


Ahora pasemos a analizar el gasto energético en todos los métodos posibles de obtención:

a) Mediante electrólisis ( En cualquier caso menos el del agua ).

Para este método tendriamos que destacar dos inconvenientes principalmente, el primero es el consumo energético que conllevaria todo el proceso para la obtención del hidrógeno, el segundo y el más importe la necesidad y los costes que supondrian mantener un elevadísimo grado de pureza del conductor catalítico. Hemos e recordar que desde tiempos inmemoriables la indústria química siempre se ha visto forzada a eludir la fabricación de materiales o sustancias con un grado de pureza muy elevado. Los principios activos siempre han sido disociados en un disolvente eso en el caso de los productos aquosos, en el caso de los sólidos siempre se ha tenido que recurrir al uso de aleaciones. (Combinaciones de varios elementos )


b) En el siguiente caso, C + H2O = CO + H2 en el que se obtenia H2 haciendo pasar vapor de agua por carbón al rojo. ni que decir tiene que los peros que presenta dicho método són: el primero la excesiva cantidad de carbón que empleariamos en el proceso, siendo este un recurso limitado del cual dependen cada vez más paises. En un segundo término, el consumo energético de este proceso

c) Un tercer método para la obtención de H2 seria en el que intervienen ciertos metales en una reacción química por desplazamiento con ayuda de agua, que reacciónarian para dar un óxido y el deseado oro blanco. 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H. Esta reacción presenta tres grandes inconvenientes: El primero es la temperatura a la cual dicha reacción tendria que llevarse a cabo, recordad que la calor no es más que una forma de energia. Otro inconveniente, es el gasto de hierro puro ue tendriamos que acometer y en las consecuencias qe ello tendria en un mercado de materias primas más que congestionado. Y Por último, tendriamos que tener en cuenta los gastos de agua ( H2O ), ya que, este recurso empieza a escasear en muchos sitios.

d) ahora vamos a hablar del método estrella, y es el de la obtención de H2 a partir de gas natural ( CH4 ) con ayuda de vapor de agua CH4 + H2O = CO2 + H2, Este proceso tiene muchos inconvenientes y el primero seria que las reservas de gas natural en el mundo empieza a llegar al cénit debido a su abuso, y ello, impide desarrollar esta técnica a escala mundial. Otro inconveniente serian los costos energéticos del proceso, después el consumo de agua en la reacción tambien supondria un problema. tambien tendriamos que contar el problema medioambiental al que nos enfrentariamos a largo plazo por las emanaciones de CO2.


Muchos os preguntareis porqué el agua supone un problema y un añadido para todos estos procesos, verdad ?. Recordad que ultimamente se está poniendo de relieve las necesidades latentes de agua por parte de las diferentes sociedades, que a su vez se agrupan en paises y en consecuencia dan este mundo que progresivamente tiende hacia la globalización al más puro estilo neo-liberal en contraposición con las reservas exsistentes que como resultado del cruze de datos revelan un futuro desabastecimiento. teniendo en cuenta todos estos datos y los informes de la ONU al respecto tendriamos que tener en cuenta el factor del agua en el estudio del hidrógeno.


e) ni que decir tiene que en el caso de la electrolisis del agua, los inconvenientes que presenta el proceso son el alto consumo energético del mismo y el gasto excesivo de H2O.


Después de hacer mención a las dificultades a la hora de su producción masiva, nos tendriamos que centrar en las dificultades en su transporte y almacenaje originadas por sus características propiedades fisico-químicas hacen que se requiera el uso de energia para mantener en su condición líquida, la cual sólo se consigue mantener si someten al líquido a una refrigeración que lo mantenga estable a - 259 ª C. por no hablar de los riesgos de incendio que ofrece el oro blanco. Y por último, los elevados grados de pureza requeridos para la viabilidad del combustible (rendimiento más que nada ) son demasiado altos y eso dificultará su distribución masiva. Tambien me gustaria recalcar que en el caso de algunos procesos de obtención estos representan un peligro medio-ambiental muy grave que deberia ser tenido en cuenta en el caso de decantarse hacia la utilización de dicho método. ( Ej. miren el método b )


Por último se está hablando de un método de obtención de H2 a partir de metanol pero es vital realizar un par de consideraciones al respecto, la primera como todos sabeis la fórmula del metanol es CH4OH esto es el resultado de la unión de una molécula de gas natural y un grupo hidróxido. Para crear metanol hemos de partir del gas natural y por lo tanto ello ya presenta un problema a causa del cénit del gas que aunque está previsto para dentro de más de una década no deja de presentar inconvenientes por los múltiples indicios de escasez a nivel local que muchos paises estan presentando ( Ej. USA ), otro inconveniente resulta ser encontrado en el consumo energético del mismo proceso de formación del metanol y por último encontramos un grave inconveniente en el rendimiento de la reacción, y es que por una molécula de metanol obtendremos una de hidrógeno. Estan intentando realizar el 5 a 1 pero ello sólo es una idea que nadie a podido hacer realidad aún y en consecuencia este método no es viable y no pasa de ser una idea absurda. Para finalizar me gustaria hablaros de la paradoja del zumo que expone muy bien el gran problema al cual nos vamos a enfrentar en algo menos de una década. si os fijais los zumos sólo tienen el 5% o 10% de pulpa ( es decir de zumo en el caso de la naranja ) el resto vete tu a saber lo que es .......... imaginaos ahora cuanto valdria un tetrabrik de zumo de naranja si fuera 100% zumo ............. a eso añadidle los margenes comisionistas que hay dentro del circulo del mercado neo-liberal capitalista y obtendreis el precio final de venta. En resumen, observariamos como su precio crece exponencialmente, estais de acuerdo conmigo ¿?

P.D Espero que la lectura de este documento no se os haya hecho muy pero que muy pesada.

Joan Antoni Martínez Recasens
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jprebo

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Para nada de pesada, todo lo contrario, muy instructiva, en el tema de los problemas que comentas mencionas el gran gasto de agua H2O, ¿no es viable el uso de agua de mar?, esa no escasea, en cuanto a las varias formas de obtención del Hidrogeno, estoy de acuerdo contigo en el gran problema que representan en cuanto a gasto energético, por lo que si alguien quiere sacar hidrogeno de forma barata, me atreveria a decir que debe cambiar el "chip" y descartar lo de siempre en una civilización que quiere siempre sacar el maximo con un minimo de elementos, un ejemplo es cuando se habla de la entropía de una fuente energetica, en otro panel comentabamos el calor sucio (por su baja entropia) pero bien mirado, el calor sucio es el mas abundante, de la misma forma que para obtener Hidrogeno quizas sea mas rentable grandes superficies con un rendimiento bajo pero que no sea necesario la aplicación de energia exterior para conseguir la reacción que permite obtener H2 y si nó, tiempo al tiempo que ese siempre tiene las respuestas a todo.

Un saludo y muy buena la explicación, gracias.
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magoniaexpres

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Huy, pues tendréis que avisar del tema del H2 al canciller alemán, que se ha subido a un coche de hidrógeno Smart la mar de contento...o eso parecía al principio. Será difícil convencer al personal de lo que es el hidrógeno en cuanto el petróleo ande al doble de la actualidad...
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Víctor

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Es muy interesante la exposición sobre el hidrógeno, Ya había leído mucho sobre ello, pero nunca viene mal que te recuerden lo inútil que es en comparación con las virtudes (no todas) del petróleo.

En cuanto al tema del agua supongo que se da por sentado que no es agua de mar. Porque si encima que el hidrógeno es un sumidero de energía, y que necesita para la electrólisis materiales puros, agua limpia, etc., no veo que el agua del mar sea la más adecuada: es como poner una mosca en la plaqueta, mojarla en agua de mar y luego mirar por el microscopio. La mosca estaría bañada en sal, sedimentos y otros "seres" vivos que no nos interesarían para el experimento ¿no?. Entonces veríamos que la opción es depurar el agua... y ya estaremos añadiendo más energía al sumidero del hidrógeno: al depurar el agua del mar, emplearemos una enorme cantidad de energía eléctrica (electrólisis, bombeo, instalaciones, etc.)

Desde luego, todo lo que sea utilizar de esta manera el agua que no nos sobra, es un absurdo. Más bien haríamos en depurar el agua (con su coste correspondiente) y beberla o usarla en los cultivos. De hecho, va nuestra vida en ello. ¿Y el hidrógeno? Pues a fastidiarse: no se fabrica para sustituir al petróleo.

Y tan tranquilos. Lo malo es que ésa... pensábamos que era nuestra mejor alternativa...

Víctor
Sistemas más complejos, mayor flujo de energía

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jprebo

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Entiendo, creia que lo de los elementos puros se referian solo a los metales para el anodo y el catodo, gracias por la aclaración, lo malo es que la idea del hidrogeno como sustituto del petroleo se está haciendo cada dia mas y mas común sin que la gente se interese por saber como se obtiene y a que coste.


Rebo.
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magoniaexpres

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Mm....El hidrógeno está entroncado totalmente con el tema de la fusión nuclear. Si no hay fusión nuclear en serio, no habrá energía en gran cantidad para generar combustible hidrógeno...salvo que se tire de las centrales de fisión de toda la vida. Pero se necesitaría para ello mucho uranio, como ya han escrito otros por aquí.
El mito del hidrógeno como combustible ubicuo del futuro explotará como una burbuja en cuanto empiecen los apagones (si es que estamos tan locos como para empezar a generarlo en masa con energía eléctrica procedente de centrales atómicas).
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Alb

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Quizas te interese lo siguiente:

Premios de Investigación sobre Energías Renovables 2004


La Obra Social de Caja España convoca cada año 8 Premios de Investigación sobre Energías Renovables, cuyo plazo de presentación finaliza el 6 de septiembre de 2004. Cada premio está dotado con 10.000 euros.


La convocatoria del año 2004 se ha centrado en:

* Las nuevas fuentes: 2004. El hidrógeno


Premios de Investigación sobre Energías Renovables 2004

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jprebo

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Muy interesante lo de los premios para quien tenga buena fé en esta clase de organismos, pero no yo presentaria nada si antes no lo tubiese patentado y eso no lo indica en las bases por lo que puedes tener una fea sorpresa.
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Templario

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Me parece muy interesante tu exposición Shon, pero a pesar de su claridad y minuciosidad aun no me queda clara que la respuesta al Hidrógeno como energía viable sea negativa. Y la razón de que no me quede claro se debe a dos cuestiones que considero sería muy importante aclarar, y dado que veo que conoces muy bien el tema, te rogaría que me aportaras algo más de luz en este asunto.

Antes de seguir quiero dejar claro que soy lego en la materia y aunque hice el bachiller de ciencias, luego me pervertí y me pasé a lado oscuro del conocimiento humano, con lo que, aunque el lenguaje cientifico no me suena a chino (el resto de mi familia son de ciencias), mis conocimientos son muy limitados. Por tanto advierto de que algunas de las deducciones que exponga a continuación pueden ser auténticas barbaridades. Si es así, pido disculpas y ruego me saquéis de la oscuridad cognoscitiva en la que me encuentro.

La primera de las cuestiones es la siguiente:

Parace claro que si realmente queremos que el H2 sea una fuente de energía "inagotable", es decir que solucione parte de las necesidades energéticas de nuestra sociedad cuando el petroleo sea inviable, es necesario que se extraiga del agua.

Y digo esto porque de cualquier otra fuente que se pretenda extraer y que sea finita, no va a reportar ninguna solución definitiva (por ejemplo del gas).

Considero el agua inagotable por la sencilla razón de que tenemos la totalidad de los océanos para abastecernos (dejo para más adelante la cuestión de cuanta energía hace falta para hacer útil al agua de mar).

Si no estoy equivocado, tengo entendido que lo que sale por el tubo de escape de un coche que funciona con hidrógeno es vapor de agua, lo que significa que el agua que se usa para extraer el H2 "no se gasta" sino que se disocia temporalmente para más tarde, una vez utilizado el H2 por el motor del coche, recuperarla de nuevo en forma de vapor de agua. Es decir que el agua vuelve al ciclo natural, no se consume.

Por lo tanto no debería considerarse el "consumo de agua" como un inconveniente pues realmente no existe tal consumo. De considerarlo así, sería lo mismo que estar en contra de la evaporación del agua superficial (rios, pantanos, lagos, mar, etc., o del riego de los cultivos).

La segunda cuestión sobre la que me gustaría que profundizaras un poco más es la del saldo energético.

Es decir, tu nos has comentado que el problema común de todos los procedimientos químicos para conseguir H2 es el alto consumo de energía que se requiere. Creo recordar que el enlace que une el hidrógeno y el oxígeno es covalente y que se trata de un elace muy fuerte, es decir que se requiere mucha cantidad de energía para romperlo, y de ahí el consumo tan alto de casi todos los sistemas de extracción.

Bien, pues siendo esto así (si es que lo es), voy a soltar una barbaridad tal como que a mi me da igual que para fabricar un litro de H2 sea necesario el equivalente energético de un barril de petróleo o de 20 barriles. Lo verdaderamente importante es cuanta energía se puede sacar de ese litro de H2, y si dicha energía supera o no la energía invertida en su extracción.

Es decir, lo que verdaderamente es importante es el saldo energético de la operación. Si la energía obtenida del H2 es superior a la invertida en su obtención, podremos considerar al H2 como energía viable, si es inferior o igual, evidentemente no será viable.

Lógicamente en dicho cálculo del saldo energético será necesario incluir TODA la energía necesaria para su obtención, incluida la utilizada para purificar el agua marina si ésta fuera necesaria.

Otra cosa será si ese margen es positivo pero muy escaso. En tal supuesto todo dependerá de lo amplio que sea el margen y de las necesidades energéticas y logísticas del momento.

Es decir si el margen es levemente positivo pero con este tipo de energía podemos sustituir al petróleo en el ámbito del trasporte en igualdad de condiciones técnicas, prestacionales, etc., puede ser interesante fabricarlo. Si resulta que todo el transporte puede reconvertirse a motores eléctricos, u otros menos complejos energeticamente hablando, pues no será útil fabricarlo.

Por todo ello, Shon, o quien lo sepa, os pediría que por favor nos diérais más información sobre dicho saldo energético, es decir, cuanta energía es necesaria invertir para conseguir una cantidad X de H2, y cuanta energía se puede obtener de esa cantidad X de H2.

Y por otra parte qué grado de pureza requiere el agua utilizada para la obtención del H2. ¿Es necesario que sea pura?, ¿puede ser agua de alcantarilla o de mar?, ¿basta con que sea limpia, pero no pura?, etc.

Gracias de antemano por tu explicación.

Un saludo a todos.

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Osec

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Por lo que yo he leído hasta el momento el hidrógeno tiene un EROEI negativo, lo que se llama un sumidero de energía (creo que sin siquiera pensar en desalinizar agua marina).

En esta página ya se ha hablado varias veces del hidrógeno, con el mismo nombre que esta sección del foro tienes un texto de From The Wilderness que está bastante bien, pero si te apetece entrar más a fondo en el tema tienes éste otro que es bastante más completo.

Saludos

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Templario

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Identificado: 25/08/2004
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Muchas gracias Osec, procedo a mirarlos. Es un tema que me interesa bastante pues lo veo como uno de los pocos viables para poder mantener el nivel de actividad transporte.

Un saludo

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manu

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Identificado: 27/06/2004
Mensajes: 64
hola Templario.

Acabo de leer tu mensaje y como Shon no está intentare responderte yo.

Efectivamente tienes razón en que no hay gasto neto de agua, puesto la producción y el consumo de hidrógeno constituyen un proceso cíclico.

Pero te dire que en todo caso obtendremos siempre menos energía del hidrogeno que la que se utilizó para obtenerlo, y por lo tanto el hidrógeno obtenido a partir del agua no es una fuente de energía si lo utilizamos de nuevo para obtener agua. Esto es debido a lo siguiente:

La rección de formación del hidrogeno es un proceso endotérmico que se da al romper una molécula de H2O:

2H2O + E ---> 2H2 + O2

donde E es la energía que hay que aportar para que se produzca la reacción (Puede ser eléctrica, calorífica o la que quieras dependiendo del sistema que utilicemos). Esta energía queda ahora almacenada en la moléculas de hidrógeno y oxígeno.

Cuando utilizamos la energía del hidrógeno lo que hacemos es utilizar la energía liberada en la reacción inversa:

2H2 + O2 ----> 2H2O + E.

Esta energía (que es calorífica si utilizamos un motor de combustión o electrica si utilizamos una pila de combustible) es exactamente la misma que la anterior (1ª ley de termodinámica: la energía se conserva), y por lo tanto no podemos extraer del hidrógeno mas energía que la que aportamos en la reacción de formación del hidrógeno. Al menos no mediante este proceso cíclico.

Pero además, debido a la 2ª ley de termodinámica (en toda transformación cíclica de energía se pierde siempre una parte en forma de calor irrecuperable) la energía que debemos aportar en la primera reacción es siempre muy superior a E, mientras que en el segundo proceso la energía que podemos aprovechar para realizar trabajo es siempre bastante inferior a E. En consecuencia la energía invertida es siempre varias veces superior a la energía final aprovechada, y no se trata de un problema tecnológico de eficiencia, sino físico.

Espero que todo este tinglado te pueda aclarar algo. Un saludo.

Manu

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manu

Forum User
Hablador
Identificado: 27/06/2004
Mensajes: 64
Existe otra forma de obtención de hidrógeno que que Shon no ha citado en exposición, por otra parte muy didáctica, que es la fotoelectrolisis. Con este proceso se utiliza directamente la energía luminosa para producir la hidrólisis del agua, que puede agua de mar tratada, no desalada. Su gran ventaja respecto a la hidrólisis tradicional es que ocurre en un solo paso, y no en dos como es el caso de la electrolisis: 1º, generación de energía electrica mediante celdas solares, aerogeneradores etc. y 2º, aplicación del voltaje obtenido a un complicado y costoso sistema electrolítico.
En el caso de la fotoelectrolisis se utiliza un semiconductor de banda prohibida grande, como el TiO2 (muy usado para blanqueador en las pastas de dientes), Fe2O3 etc., acoplado a un colorante capaz de absorber longitudes de onda de energía más baja que el propio semiconductor y transferir los electrones excitados a la banda de conducción del mismo. Finalmente estos electrones son utilizados para hidrolizar el agua. Este mecanismo se dispone formando una serie de capas.
Aunque los prototipos iniciales necesitaban un pequeño aporte suplementario de voltaje, existen ya sistemas que funcionan exclusivamente con la luz solar, proporcionando por tanto energía neta para la producción de hidrógeno. La celda de fotoelectrolisis se introduce directamente en agua y el hidrógeno producido burbujea a partir de ella y es posterior mente capturado en una campana.
Incluyo un par de enlaces. El ¡enlace erróneo! describe las investigaciones hechas en el instituto de Energías naturales de Hawai, aunque es un poco antiguo, ya que necesista aporte energético extra, pero contiene dibujos de posibles prototipos para escala industrial. El segundo contiene una serie de resúmenes de publicaciones científicas.
De todas formas si se pone en Google "photoelectrolysis" sale la tira de enlaces.

Si el hidrógeno tiene algún futuro (yo creo que si) es este, aunque no nos va a salvar de una crisis de grandes proporciones.

Otro saludo

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Templario

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Novato
Identificado: 25/08/2004
Mensajes: 8
Muchisismas gracias Manu, ahora si me queda definitivamente claro.

Me ha alegrado mucho saber que existe este último sistema pues parece que puede ser realmente barato (apenas nocesita energía fabricada por el hombre y puede ser una verdadera revolución y salvación para el transporte).

Gracias de nuevo a los dos por vuestra didáctica explicación.

Todas las horas son CET. Hora actual 01:18 .

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