Generación H

-Pero, ¿qué se quemará en vez de carbón? -preguntó Pencroff-.

-¡Agua! -respondió Ciro Smith-. Agua descompuesta, sin duda, por la electricidad y que llegará a ser entonces una fuerza poderosa y manejable. (…) Sí, amigos míos, creo que el agua se usará un día como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados aislada y simultáneamente, producirán una fuente de calor y de luz inagotable y de una intensidad mucho mayor que la del carbón.(…) El agua es el carbón del porvenir.

 

Este párrafo pertenece a la novela La isla misteriosa, del escritor francés Julio Verne, publicada en 1874. En la actualidad, esta idea del genial visionario ya ha dejado de formar parte del ámbito de la ciencia ficción para convertirse en una de las líneas de investigación y desarrollo más prometedoras para reemplazar los hidrocarburos antes de que se agoten o de que dañen el planeta hasta el límite de lo irreparable.

Crónica de un ciclo agotado

En los últimos dos siglos, el uso de combustibles fósiles como principal fuente de energía ha degradado el ambiente en forma más extensa y profunda que en toda la historia previa. Millones de toneladas por día de petróleo, gas y carbón son utilizadas en el transporte, la industria y la calefacción, y los desechos de su combustión son arrojados a la atmósfera en forma de polvo, humo y gases. Estos gases, como el dióxido de carbono, son los responsables del efecto invernadero que provoca el aumento de la temperatura del planeta. De continuar esta situación, en algunas décadas la Tierra sufrirá un colapso climático que pondría en riesgo la vida de millones de personas.

Frente a este panorama crítico, científicos y ambientalistas de todo el mundo insisten en la necesidad de reemplazar los hidrocarburos por otras fuentes de energía, abundantes en la naturaleza, renovables, económicas y, por supuesto, no contaminantes. Entre las distintas posibilidades, el hidrógeno (H), por sus diversas cualidades, aparece como la alternativa más prometedora.

“Para empezar, el H es el elemento más abundante del universo. Pero en la Tierra no existe en forma libre, es decir, es abundante pero en combinación con otros compuestos, como el agua, la biomasa, el gas natural, el petróleo, el carbón”, explica Horacio Corti, profesor de Exactas UBA e investigador del CONICET en la Comisión Nacional de Energía Atómica.

En la Tierra, la mayor cantidad de H disponible está en el agua, formada por moléculas que contienen un átomo de oxígeno y dos de H. Un poco más del once por ciento de la masa del agua es H, y se puede obtener simplemente electrolizando agua, o sea, descomponiéndola en sus átomos constituyentes por el paso de corriente eléctrica. Para separar el H se necesita energía y es ésta la razón por la cual no se lo considera una fuente primaria, sino un vector.

“Si, para realizar la electrólisis del agua, se utiliza energía solar o eólica como fuente primaria de energía, el H que se obtiene es totalmente limpio, porque después se puede quemar para producir energía eléctrica y el único residuo es agua. Es decir, que el ciclo es perfecto: uno obtiene H a partir del agua usando una energía renovable, el resultado final es recuperar una fracción importante de esa energía y como subproducto se obtiene de nuevo agua. Es un ciclo cerrado y perfecto”, se entusiasma Corti.

Otra forma de obtener H es a partir de un proceso que se llama reformado de combustibles fósiles, por ejemplo, a partir de gas natural, petróleo, naftas y otros. Sin embargo, en este caso el H pierde uno de sus aspectos benéficos clave, dado que durante el proceso se generan emisiones de dióxido de carbono. Es decir que la “limpieza” del H como combustible depende del método por el cual se lo obtiene. Si surge a partir de fuentes de energías renovables, como la eólica, la solar y otras, no genera contaminación ambiental.

“Otra posibilidad es obtenerlo del alcohol etílico, que se produce a partir de biomasa: caña de azúcar o maíz. En este caso, en el proceso químico para obtener H, se genera dióxido de carbono, pero éste se reabsorbe durante el crecimiento de la planta, en la fotosíntesis. Por lo tanto, no se incrementa la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera”, describe Miguel Laborde, doctor en Química, investigador del CONICET y Director del Laboratorio de Procesos Catalíticos de la Facultad de Ingeniería de la UBA.

El H aparece como la llave que permitiría que las fuentes renovables se conviertan en las principales abastecedoras de energía del planeta. Hasta ahora, estas formas de energía, como la eólica o la solar, son fuentes limpias pero impredecibles, y la electricidad que producen debe ser utilizada en el momento en que es generada. El H es la solución ideal para este problema, ya que permite acumular y transportar esta energía donde haga falta, desacoplando el momento de la fabricación del momento del consumo. Podría decirse que el H permite almacenar sol o viento en forma de energía química para ser usada mediante su combustión cuándo y dónde se lo necesite.

El H se puede almacenar básicamente en tres formas. En primer lugar, como un gas, comprimido entre 200 y 800 atmósferas (al igual que el gas natural que se usa en los vehículos). Se lo puede licuar y almacenar como un líquido, para lo cual se necesita enfriarlo a temperaturas muy bajas, del orden de los -250º C. Por último, se lo puede guardar como un sólido,  incorporándolo dentro de aleaciones metálicas que lo acumulan de la misma manera que una esponja lo hace con el agua. El H es absorbido por el metal y se produce un hidruro metálico. Luego se lo libera como un gas calentando la aleación.

Una pila de vida

El uso generalizado del H seguramente dará paso a un nuevo y particular motor que carece de piezas móviles y no hace ruido: las celdas de combustible. Este dispositivo opera básicamente como una batería común: genera electricidad y calor a partir de la combinación del H con el oxígeno.

“La forma más fácil de entender qué es una celda de combustible es compararla con una batería, por ejemplo, la que usan los autos. En estas baterías ocurren transformaciones químicas y, como consecuencia de ellas, se produce energía eléctrica. Las sustancias que se oxidan y se reducen están dentro de la batería”, detalla Corti y añade, “Una celda de combustible es, básicamente, una batería, pero en ella las sustancias químicas que se oxidan y son reducidas, se introducen desde afuera. Mientras ingrese H por un lado, y oxígeno por el otro, puede seguir produciendo electricidad en forma indefinida”.

Los expertos coinciden en que las celdas de combustible son muy útiles como fuentes de energía en lugares remotos, como estaciones meteorológicas, localidades rurales y naves espaciales. También en aplicaciones de cogeneración (uso combinado de calor y electricidad) para viviendas, edificios de oficinas y fábricas. Este sistema genera energía eléctrica y, al mismo tiempo, produce aire y agua calientes. Otra clave es su uso en motores de automóviles, camiones, ómnibus, locomotoras e incluso aviones, buques y submarinos.

Si bien el H puede emplearse también como combustible en motores de combustión interna adaptados, el problema es que, al quemarse con el aire, puede producir óxidos de nitrógeno, que generan la llamada lluvia ácida. En el caso de las celdas de combustible, no hay combustión, sólo hay reacción química y el único desecho que produce es vapor de agua ciento por ciento pura.

La celda de combustible es, además, mucho más eficiente. “Un motor de combustión interna tiene, por lo  general, un rendimiento de 25 a 30 por ciento, mientras que una celda de combustible alcanza, aproximadamente, un 45 a un 50 por ciento, es decir, casi el doble. Esto significa que, a igual cantidad combustible, se obtiene el doble de energía eléctrica”, puntualiza Corti.

El futuro ya llegó

Si bien el escenario descripto parece surgido de alguna novela de ciencia ficción, la realidad es que los países desarrollados vienen invirtiendo desde hace años cientos de millones de dólares en el desarrollo de esta nueva tecnología.

En principio, casi todas las grandes compañías automotrices han presentado distintos prototipos de modelos que utilizan H y alcanzan una autonomía de más de 500 km Entre ellas: General Motors, Ford, Opel, BMW, Daimler, Honda, Hyundai, Mazda y Nissan. Tres de ella: Daimler, Ford y Nissan firmaron, este año, un acuerdo para el desarrollo conjunto de celdas de combustible en busca de alcanzar el primer modelo de automóvil impulsado por H, competitivo en el mercado, para el 2017.

Numerosas ciudades de Europa, Estados Unidos, Canadá y también de Brasil se encuentran realizando experiencias con diferentes modelos de ómnibus impulsados con H. En el aeropuerto de Munich, Alemania, los micros que transportan a las personas desde las terminales hasta los aviones utilizan H.

En 2003 Islandia inauguró la primera estación de combustible de H en el mundo. Está siendo utilizada para abastecer tres autobuses en un plan por el cual ese país se propone ser el primero en abastecerse totalmente de fuentes de energía renovables para el año 2030.

Desde ya que el desarrollo de una economía basada en el H debe superar todavía numerosos inconvenientes. “Los vehículos a H son mucho más caros que los convencionales, aunque se trata básicamente de un problema de escala de producción. También se debe mejorar mucho la durabilidad de las celdas de combustible, que hoy se calcula en unas 3 mil a 5 mil horas, lo que representa aproximadamente dos años de uso de un automóvil”, afirma Corti, y subraya: “Pero yo creo que esos tiempos de vida útil se van a ir extendiendo rápidamente”.

Para Laborde, el camino a seguir resulta claro: “No hay que esperar que los hidrocarburos se agoten para dejar de usarlos. Los estados deberían implementar políticas activas para fomentar e impulsar el uso de energías renovables, penalizando, por ejemplo, la utilización de tecnologías que emitan dióxido de carbono. De esta manera, la brecha económica se empezaría a reducir y facilitaría el paso de una tecnología a otra. Si dejamos esta decisión en manos del mercado, la situación ecológica del planeta puede complicarse mucho en las próximas décadas”.

Hace poco alguien muy cercano a las empresas energéticas dijo: “la edad de piedra se terminó y no fue por falta de piedras”.

 

Y por casa ¿cómo andamos?

Nuestro país se encuentra muy bien posicionado para sumarse a esta transformación energética. Cuenta con muy buenas condiciones naturales para producir H de manera limpia: vientos en la Patagonia, energía solar en el norte, energía geotérmica, mareomotriz, biomasa.

En ese sentido, el Congreso Nacional sancionó, en 2006, la Ley 26.123 de Promoción del Hidrógeno. Sin embargo, nunca entró en vigencia por falta de reglamentación. El tema fue retomado recién en 2012 cuando se definió que la Secretaría de Energía sería la autoridad de aplicación de la norma. Entonces se convocó a un grupo de expertos, no sólo para terminar el proceso de reglamentación sino también para elaborar un Plan Nacional de Hidrógeno. “Se trata de un programa de investigación y, sobre todo, de desarrollo con metas concretas para el corto, mediano y largo plazo. Por ejemplo: tener un electrolizador de tantos kw funcionando para tal fecha; instalar una estación de servicio de H en tal lugar para tal fecha; desarrollar un prototipo de ómnibus que funcione a H”, detalla Laborde, uno de los autores de la iniciativa. Y agrega, “en este momento el borrador está en manos de un grupo de revisores. Luego volverá a nuestras manos para darle forma definitiva”. Las autoridades esperan presentar la reglamentación y el plan antes de fin de año.

Por otro lado, entre 2008 y 2012, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológico incluyó el tema del H como uno de los proyectos estratégicos en el área de energía y financió un plan macro que reunió a diferentes grupos de diversas instituciones que trabajan en la producción, purificación, almacenamiento y transporte de H y en el desarrollo de celdas de combustible. La iniciativa tuvo muy buenos resultados: participaron más de cien investigadores de todo el país, se generó conocimiento básico y se formó mucha gente joven. “Actualmente contamos con una masa crítica que nos permite hacer proyectos conjuntos con Brasil. Estamos casi en un plano de igualdad, cosa que hace siete u ocho años era difícil de imaginar”, cuenta Corti con satisfacción.

Sin embargo, existe cierta preocupación dado que el proyecto, ya finalizado, no previó una continuidad. “No sabemos si va a haber otro llamado de estas características -se inquieta Corti-. La clave es no perder el impulso porque si no esos investigadores formados se terminan desaprovechando porque la gente empieza a trabajar en otras cosas”. Por su parte, Laborde adelanta que ya ha mantenido reuniones con funcionarios del MINCYT “para ver qué herramientas podemos encontrar para darle un nuevo envión al tema”.

Lo cierto es que en toda Iberoamérica, España, Brasil y Argentina son los únicos países que pueden exhibir una trayectoria de trabajo y avances en la generación de conocimiento y de tecnologías relacionadas con la utilización del H como combustible. “Argentina cuenta con los recursos humanos y el sistema científico adecuado para desarrollar esta tecnología. Lo importante es tener la decisión política para avanzar en esta línea de trabajo de manera que cuando la energía de H se imponga a nivel mundial, nuestro país tenga el know how necesario como para sumarse a esa transformación”, advierte Corti.