RSS twitter.com Facebook Boletín por Correo
Google+

Foro MiMecánicaPopular
Suscríbete al Boletín
Video del día (9)
Búsqueda personalizada

Webs Amigas
El Taller
de Rolando

Todo sobre Hornos Artesanos







Políticas de privacidad



Click para ver más grande Estás leyendo parte de la revista de Agosto de 1992
Recomienda este artículo a un amigo Recomienda este artículo a un amigo
Combustible del futuro
Por James E. Kloeppel
La fábrica Mercedes-Benz desarrollo un programa activo de investigación para desarrollar un automóvil que funcione con una fuente de energía de hidrógeno
La fábrica Mercedes-Benz desarrollo un programa activo de investigación para desarrollar un automóvil que funcione con una fuente de energía de hidrógeno
La humanidad ha desarrollado una alta dependencia por los combustibles fósiles, y en la actualidad esas plantas y animales que vivieron en la era prehistórica, que quedaron atrapados en diversos terrenos geológicos antiguos, ahora regresan para exterminarnos como si trataran de vengarse. La vida del pasado, en forma de contaminación ambiental, amenaza a la vida del presente.

       A medida que se va destruyendo el medio ambiente, cada vez se reconoce mejor que este grave mal es ocasionado por el alto consumo universal que realiza el hombre de los combustibles fósiles. Por lo tanto, existe una creciente e imperiosa necesidad de buscar, globalmente, fuentes alternas de energía.

       El hidrógeno, elemento no contaminante y fácil de producir, pudiera ser llevado por tubería a los hogares y edificios comerciales e industriales para utilizarlo para cocinar y brindar calefacción, como también pudiera ser convertido en electricidad en la forma de celdas de combustible. Como líquido criogénico (que requiere el empleo de temperaturas muy bajas), el hidrógeno pudiera ser usado para lanzar cohetes o como combustible de aviones. O encerrado en estado sólido en recipientes de almacenamiento de hidruro metálico, el hidrógeno pudiera proporcionar un medio de propulsión terrestre. y todo esto pudiera ser proporcionado sin causar ningún tipo de impacto al medio ambiente.

       Si cambiáramos de un sistema económico basado en los combustibles fósiles a otro, en el que se dependiera del gas hidrógeno que se quema limpiamente, las ciudades volverían a estar una vez más libre de la contaminación del aire conocida como "smog". Bill Livesay, especialista en energía del Instituto de Tecnología de Georgia, dice: "Así, la lluvia ácida, los derrames de petróleo y el calentamiento del globo, como el dinosaurio, podrían ser cosas del pasado".

       Pero él nos advierte que esta tecnología no será nada sencillo de implantar. "Tenemos en nuestras manos trabajos muy serios que tienen que ser realizados".

       Una lección no aprendida

       La crisis del petróleo de la década de 1970 hizo que surgiera un cierto número de adelantos de importancia, tanto en el campo de la conservación de energía Como en el relacionado Con el desarrollo de combustibles alternos. En los E.U.A., alentados por las campañas del Gobierno Federal para reducir la dependencia por el petróleo extranjero, muchos norteamericanos respondieron y en invierno mantuvieron más bajos los termostatos de la calefacción, instalando ventanas diseñadas para sellar Con más eficiencia, instalando material aislante en la vivienda y en tuberías y conduciendo menos sus automóviles. Asimismo, los fabricantes de autos lanzaron nuevos modelos con sistemas de combustible dramáticamente mejorados, mientras que rebajas en los impuestos en forma de créditos promovían el uso de combustibles alternos (Como la energía solar) para brindarle calefacción a viviendas y negocios. Los E.U.A. de una manera exitosa se había apretado el cinturón y, al menos por un tiempo, había ampliado sus horizontes.

       Lo que sucedió a continuación fue el ejemplo clásico de la ley económica del "equilibrio de la oferta y la demanda". Según los autos se volvieron más eficientes en lo relacionado con el consumo de combustible y el pueblo aprendió a ahorrar energía en la casa y la oficina, la demanda por el petróleo decayó. Con una demanda reducida, los suministros de petróleo aumentaron y el precio de un barril de crudo cayó cerca de su nivel anterior.

       Desafortunadamente, a medida que el mercado mundial del petróleo nuevamente se estabilizó, el movimiento hacia mayor eficiencia y las nuevas fuentes de recursos renovables se paralizó. De hecho, muchas personas, considerando que el problema de la energía había sido resuelto definitivamente, volvieron a sus viejos hábitos.

       Ahora, después que los precios de la gasolina han vuelto a subir y ha resurgido la preocupación por mantener un suministro ininterrumpido de petróleo (todo esto avivado por las tensiones con el Oriente Medio), debemos recordar la amarga experiencia del pasado. El suministro de petróleo mundial verdaderamente es limitado, y los países no pueden darse el lujo de malgastar ese combustible precioso ni pueden aplazar el desarrollo de fuentes alternas de energía.

       Las reservas de energía del mundo han sido consumidas a un ritmo en verdad alarmante. Livesay explica: "Más de la mitad del suministro de petróleo y gas natural de los E.U.A. ya ha sido consumido. Los depósitos restantes, de acuerdo con los niveles actuales de consumo, se proyecta que tengan una duración de unos treinta años más. Y las reservas del resto del mundo, después de ese momento, tendrán una duración de otros veinte años. y lo peor es que, en la actualidad, no existe una estrategia para hacerle frente a este inminente desastre".

       Livesay, quien estudió los sistemas de energía del petróleo durante la crisis de las décadas de 1970 y 1980, cree que en los E.U.A. se debería adoptar rápidamente una política nacional para desarrollar el hidrógeno como una fuente alterna de energía.

       Energía de una gota de agua

       De una forma, ya el hidrógeno le sirve de combustible a gran parte del planeta. A través del proceso de fotosíntesis, las plantas convierten la luz solar en alimento usando el hidrógeno. La clorofila hallada en las plantas verdes utiliza la luz solar para separar el agua absorbida por las raíces en sus elementos básicos: hidrógeno y oxígeno. El oxígeno, en este caso un producto de desecho, es liberado en la atmósfera. Pero el hidrógeno en conservado y combinado con el di óxido de carbono para formar carbohidratos simples: éste es el principio de una elaborada cadena alimenticia que nutre (y le proporciona energía) a prácticamente todos los seres vivientes, incluyendo al hombre.

       "Empleando una tecnología ya existente, podemos duplicar la producción de hidrógeno de la naturaleza, a través de la división de las moléculas de agua", dice Livesay. "Realizada a una escala grande, la electrólisis del agua pudiera generar cantidades substanciales de hidrógeno para satisfacer nuestras necesidades básicas de energía".

       Para demostrar este punto, Livesay inserta un dispositivo simple consistente en dos electrodos (cada uno cubierto por lo que aparentemente es un tubo invertido de ensayo dentro de un depósito de cristal con agua. Entonces presiona un interruptor, permitiendo que una corriente eléctrica pase entre los electrodos. Pronto las burbujas se forman a los lados de los electrodos. Al elevarse hacia la superficie, quedan atrapadas dentro de los tubos de ensayo.

       Después de unos minutos, Livesay de nuevo presiona el interruptor y saca el dispositivo del agua. El sostiene un fósforo (cerillo) encendido debajo de uno de los tubos de ensayo. La llama brilla notablemente. "Ese era el oxígeno", comenta. A continuación, sostiene el fósforo debajo de la boca abierta del otro tubo. Se ve un resplandor brillante, acompañado por un fuerte chasquido (una explosión en miniatura). "Este era el hidrógeno".

       Este sencillo experimento, muy familiar para los estudiantes de secundaria, nos permite vislumbrar la enorme energía que está escondida dentro de una gota de agua.

El científico investigador Billy Livesay libera el hidrógeno de un tanque de almacenamiento de hierro-titanio, para brindarle combustible a la llama.       El hidrógeno

       La descomposición del agua por la electrólisis fue demostrada por primera vez a principio de 1800, pero casi 100 años pasaron antes de que el proceso fuera utilizado en la producción comercial. Incluso entonces, las plantas de electrólisis fueron usadas para generar oxígeno, pero no hidrógeno. En efecto, el hidrógeno liberado era tratado como un producto secundario con poca utilidad práctica. Hoy, la electrólisis del agua es usada como fuente primaria para la generación de oxígeno de alto grado, para aplicaciones médicas e industriales, y para suplir la demanda de oxígeno de los submarinos.

       Simple, limpia y confiable, la electrólisis está idealmente equipada para acoplarse con la electricidad generada del sol. "Las celdas solares durante mucho tiempo han estado plagadas con problemas asociados con el almacenamiento y la transmisión de la energía que producen", explica Livesay. "Adicionalmente, tales variables como la hora del día, la estación y las condiciones de la temperatura local pueden causar una mayor fluctuación de la cantidad de energía que se recibe, y es convertida, en un lugar y hora específica. El hidrógeno, producido por electrólisis de la energía solar, pudiera ser almacenado hasta que se le necesite. Y la distribución del gas hidrógeno a largas distancias a través de tuberías sería más eficiente que la transmisión de la electricidad a través de los cables eléctricos".

       Livesay vislumbra un tiempo en el futuro cuando paneles solares gigantes y eficientes conviertan la luz solar en electricidad. La electricidad, a su vez, le brindaría energía a enormes plantas de electrólisis, para producir hidrógeno masivamente. Entonces el hidrógeno sería distribuido como un combustible portátil y almacenable.

       "Pero la belleza verdadera de usar hidrógeno como combustible", comenta Livesay, "es que puede ser obtenido del agua, una materia prima barata y abundante. Y cuando es quemado, regresa en forma de agua, lo que da inicio aun proceso cíclico que es inofensivo para el ambiente".

       Algo falta

       El hidrógeno es el material más abundante en el universo, y es el producto con el cual se forman las estrellas. Identificado por vez primera en el Siglo XVI, este gas misterioso (que produce agua cuando es quemado) fue llamado hidrógeno, que significa "productor de agua".

       Siendo más ligero que el aire, el hidrógeno fue usado para inflar globos de observación tan temprano como en el año 1783. Un siglo más tarde, este gas claro, incoloro, fue el que le proporcionó flotabilidad a las naves aéreas rígidas diseñadas por el Conde Fernando Von Zeppelin.

       El hidrógeno también le sirvió de combustible a un temprano motor de combustión interna desarrollado en 1820. De hecho, el hidrógeno brevemente compitió con la gasolina por la distinción de ser la fuente de combustible elegida por el mundo. Aunque la gasolina ofrecía potencialmente costos menores, muchos experimentadores consideraban que era demasiado inflamable, dificultosa y peligrosa para ser usada. Ellos preferían el hidrógeno. Pero la invención del carburador hizo que los motores con propulsión de gasolina fueran al mismo tiempo inofensivos y prácticos, y el hidrógeno fue olvidado durante mucho tiempo.

       El interés en el hidrógeno como combustible fue reavivado durante el embargo del petróleo árabe en la década de 1970. En su más reciente reaparición, el hidrógeno de forma experimental le ha servido de propulsión a automóviles, ómnibus y aviones, e incluso llevó a los hombres a la Luna. Para su uso mundial como un combustible alterno, todavía el hidrógeno presenta un inconveniente de importancia. "El eslabón perdido es la falta de un espacio lo suficientemente grande para el almacenamiento del hidrógeno en los vehículos, el que por lo demás presenta una cadena de energía perfecta", explica Livesay.

       Hasta el presente, el hidrógeno puede ser almacenado convenientemente sólo en la forma de gas comprimido o como un líquido criogénico, y ninguna de estas dos formas está particularmente bien adaptada para servirle de combustible a un auto familiar. Los cilindros de hidrógeno comprimido son extremadamente pesados y contienen relativamente poca cantidad de combustible, brindando un pobre alcance de viaje, lo que requeriría frecuentes reabastecimientos. El hidrógeno líquido, aunque contiene más potencia por peso que el gas comprimido, es mucho más difícil de manipular.

       Para prevenir que ocurran fugas rápidas, el hidrógeno líquido debe ser mantenido a una temperatura helada de -2252 C (-4232 F). Tanques criogénicos especiales son requeridos, y los mismos son difíciles de llenar y de mantener. Aunque el hidrógeno líquido es útil para ciertas aplicaciones especiales, como lanzar cohetes o servirle de combustible a aviones grandes, donde técnicos entrenados realizan las complejas tareas de abastecer el combustible, probablemente nunca se convertirá en un combustible alterno para la transportación terrestre.

       Una solución potencial para servirle de combustible a los vehículos es el uso de metales híbridos, aleaciones especialmente formuladas que absorban el hidrógeno de la misma forma que una esponja absorbe agua. "Tanques de almacenamiento de hidruro metálico pueden absorber gas de hidrógeno y liberarlo según se necesite, mediante la aplicación de calor, el que puede ser suministrado por los escapes calientes del motor", explica Livesay. "En efecto, algunos de estos materiales, como aleaciones de hierrotitanio, lantano-níquel y una especial de manganeso, almacenan más hidrógeno atómico que un tanque criogénico equivalente, sin necesidad de refrigeración".

       Existe un buen número de hidruros metálicos, pero aún tiene que ser desarrollada una aleación ideal para su almacenamiento. Entre las características deseables se incluyen la habilidad de almacenar enormes cantidades de hidrógeno a bajas presiones de carga, rápida liberación a bajas temperaturas de operación, peso ligero y un costo razonable. Con las aleaciones existentes hasta ahora, habría que sacrificar alguno de estos parámetros.

       Una mayor investigación sobre los metales híbridos es necesaria, para explotar el potencial de una enorme densidad de almacenamiento y un uso conveniente.

       "En la década de 1970, se desarrollaron varios conceptos de diseño usando almacenamientos de hierro-titanio. Y en Georgia Tech se construyó un automóvil con propulsión de hidrógeno", explica Livesay. "Esas pruebas fueron exitosas, pues incluso se puso a circular un ómnibus para diecinueve pasajeros en la ciudad de Riverside, en California. Fue el primer vehículo de hidrógeno en prestar un servicio de transporte regular". El ómnibus logró un impresionante rendimiento, con tanques de almacenamiento de hierro-titanio que tenían que ser recargados cada 322 km (200 millas).

       En otra prueba, un vehículo de correo para la entrega de correspondencia fue convertido a combustible de hidrógeno y prestó servicio durante un año. Su tanque de almacenamiento de hidruro metálico funcionó sin fallas. Sobre una misma base de energía, el vehículo fue un 21% más eficiente en consumo de combustible que otro que consumía gasolina. El eslabón perdido posiblemente ya ha sido hallado.

       Ventaja de la energía solar

       A pesar de sus muchas ventajas, el hidrógeno ha sido lento en alcanzar captación universal como combustible alterno. Una razón es que, como la mayoría de las tecnologías nuevas, los costos actuales de producir hidrógeno son altos. El hidrógeno líquido es cuatro veces más caro de producir que la gasolina. Pero a medida que se eleven los costos de los combustibles no renovables, y los costos de la producción del hidrógeno desciendan con investigaciones adicionales y desarrollos para su producción en masa, el hidrógeno se convertirá en efectivo con respecto a su costo.

       Otra razón para la poca aceptación del hidrógeno se relaciona con la efectividad de la propuesta conversión del hidrógeno por medio de la energía solar.

       "Hace unos años, se requirió más energía para hacer una celda solar, que la energía que podría producir durante su vida útil", dice Livesay. Una gran cantidad de energía fue consumida en los minuciosos procesos que fueron requeridos". Pero afortunadamente éste no es el caso actual. Los avances en materiales y la tecnología solar han creado celdas solares simples de producir y considerablemente más eficientes. Y el desarrollo de estas celdas solares ha traído la producción electrolítica, el almacenamiento y la distribución del hidrógeno aun punto más cercano de su realidad comercial.

       Es importante comprender que el hidrógeno no es, y nunca será, una fuente primaria de energía. No vamos a perforar un pozo y encontrarlo. Siempre habrá que producirlo de algo más. Pero puede servir como un combustible maravilloso, un medio del que se puede depender, a través del cual una fuente primaria de energía, como la propia energía solar, puede ser convenientemente almacenada y transmitida.

       En los últimos 200 años hemos pasado de la madera al carbón y entonces al petróleo como nuestras fuentes primarias de energía. Aunque algunos expertos consideren que la energía nuclear se convertirá en nuestra primera fuente de energía, Livesay no la visualiza como una solución a largo plazo para nuestros problemas de energía. Además de que produce montañas de desechos radioactivos (otro grave problema en sí mismo), el uranio, como el petróleo, es un recurso limitado.

       Livesay tampoco ve como soluciones efectivas los procesos de gasificación del carbón, la conversión de biomasa o la producción de hidrógeno del gas natural (el hidrógeno puede ser producido más económicamente del gas natural que del agua). "Tiene poco sentido tomar un recurso no renovable, como el carbón, el petróleo o el gas natural para hacer otro medio de energía", dice él. "No solamente estamos condenados a perder debido a las ineficiencias envueltas, sino que todavía estaríamos consumiendo un recurso que también es limitado. A largo plazo, no existe otra solución que emplear la energía solar".

       En último extremo, nuevos procesos termoquímicos, de fotosíntesis o el proceso fotoelectrolítico directo pueden demostrar que son más efectivos con respecto al costo y más eficientes desde el punto de vista energético que las celdas solares y la electrólisis. Pero la tecnología para construir plantas de electrólisis operadas por la energía solar ya existe, y la oportunidad es un importante factor. Se requerirán muchas décadas para convertir la infraestructura existente de petróleo y gas natural en una nueva de hidrógeno.

       Ninguna tecnología puede hacer el milagro de que continuemos usando la energía al ritmo actual. Para resolver nuestros problemas de combustible a largo plazo, todos tendremos que hacer un compromiso con la sociedad. No podemos poner tantas demandas en la energía que tenemos disponible. Necesariamente, tendremos que cambiar nuestros hábitos y ajustar nuestros sistemas de vida a los niveles mantenidos de los recursos de energía disponibles. Los tiempos de energía abundante y barata se han ido para siempre. Tendremos que depender de una fuente de energía alterna, y tendremos que usarla con gran sabiduría.

       De nuevo, como cuando la crisis energética de 1970, debemos apretarnos el cinturón y mirar al futuro. Pero esta vez debemos ser austeros para siempre.

       El hidrógeno es energía inofensiva

       Para muchos, el pensar en el uso del hidrógeno como combustible conjura la visión del incendio del Hinderburg al descender sobre Lakehurst, Nueva Jersey, el 6 de mayo de 1937. Trágicamente, 36 pasajeros y miembros de la tripulación perdieron la vida en el accidente.

       El helio, gas no combustible, substituyó al hidrógeno para brindarle flotabilidad a los globos, dirigibles y zepelines. Para brindarle flotabilidad a las naves el hidrógeno no es lo mejor. Pero como combustible el hidrógeno es ideal y más seguro que la gasolina.

       Por ser tan volátil, si ocurre una fuga se dispersa rápidamente en la atmósfera. La gasolina, al contrario, se evapora despacio y los hidrocarburos más pesados que el aire hallados en los vapores de la gasolina se acumulan hasta que se desarrolla una mezcla altamente inflamable.

       En el Hinderburg, el terrible fuego que ardió durante una hora, fue alimentado por el petróleo y el material combustible de la nave. El hidrógeno quedó consumido en sólo un minuto, luego del accidente.

       En un choque entre vehículos, el hidrógeno ha demostrado ser menos inflamable que la gasolina. En varias pruebas realizadas, la Corporación de Investigación de Energía disparó proyectiles incendiarios a tanques de combustible: uno contenía hidruro metálico y el otro gasolina. El tanque de hidruro se quemó lentamente a través de las perforaciones en su costado, pero el tanque que contenía la gasolina explotó.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 45 - Agosto 1992 - Número 8


Mecánica Popular-Copyright (c) 2010 Hearst Communications, Inc. All Rights Reserved.
Idea original de Mi Mecánica Popular por: Ricardo Cabrera Oettinghaus