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¿Cómo producir hidrógeno de manera eficiente? Descubriendo el combustible del futuro
¿Cómo producir hidrógeno de manera eficiente? Descubriendo el combustible del futuro
El hidrógeno es el elemento químico más simple de la Tierra. En realidad, los átomos están formados por un solo protón, y un solo electrón. Esa es la razón por la que el hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica.
Muchos piensan erróneamente que el hidrógeno es una fuente de energía, no obstante, en realidad es un VECTOR ENERGÉTICO, ya que puede retener y proporcionar esa energía. Por ejemplo, este proceso ocurre con las pilas de combustible, que generan electricidad empleando una reacción química de hidrógeno, generando agua, calor y en particular electricidad como subproductos.
Pese a que el hidrógeno es la sustancia química más copiosa del universo, en nuestro planeta se puede producir usando distintos recursos internos como combustibles fósiles, por ejemplo, gas natural y carbón, agua, energía nuclear y otras fuentes de energía renovable como biomasa, eólica, solar, geotérmica y una amplia gama de procesos.
Se puede producir hidrógeno:
• En o cerca del punto de uso;
• En instalaciones más grandes, transportándolo acto seguido hasta el punto de utilización;
• En instalaciones de tamaño intermedio ubicadas cerca del punto de uso.
El hidrógeno se puede producir utilizando varios procesos diferentes.
LOS PROCESOS TERMOQUÍMICOS utilizan reacciones químicas y de calor para liberar hidrógeno de materiales orgánicos como combustibles fósiles y biomasa.
El agua se puede dividir en hidrógeno y oxígeno mediante procesos electrolíticos, o a través de la energía solar mediante procesos fotolíticos.
Microorganismos como bacterias y algas pueden producir hidrógeno a través de PROCESOS BIOLÓGICOS.
En JAES tenemos más de 10 años de experiencia proporcionando suministros industriales, lo que ha llevado a JAES a ser el socio de referencia de algunas de las empresas más punteras en el campo de la generación de energías renovables.
Veamos las tecnologías más comunes para la producción de hidrógeno según cada proceso.
PROCESOS TERMOQUÍMICOS, tal y como su nombre da a entender, se usan reacciones térmicas y químicas para extraer hidrógeno de la estructura molecular del gas natural, del carbón, de la biomasa e incluso del agua.
REFORMADO DE GAS NATURAL es el método más utilizado para la producción de hidrógeno. La reacción se lleva a cabo con hidrocarburos como el metano. El gas natural contiene metano, que puede ser usado para generar hidrógeno mediante procesos termoquímicos, como EL REFORMADO CON VAPOR y LA OXIDACIÓN PARCIAL.
En el REFORMADO CON VAPOR, el metano y otros hidrocarburos reaccionan con vapor de alta temperatura bajo presión, y en presencia de un catalizador se acelera la reacción.
Los productos de reacción son hidrógeno y monóxido de carbono. El proceso de reformado con vapor es endotérmico, esto significa que hay que añadir calor al proceso para que la reacción siga adelante, quemando normalmente parte del metano.
REACCIÓN de REFORMADO CON VAPOR
En cambio, en la oxidación parcial, el metano reacciona con una cantidad limitada de oxígeno, que no es suficiente como para oxidar totalmente los hidrocarburos hasta dióxido de carbono y agua. Los productos de reacción son siempre hidrógeno y monóxido de carbono, pero, como se puede ver en las reacciones químicas, la oxidación parcial genera menos hidrógeno con la misma cantidad de combustible que se obtiene mediante el REFORMADO CON VAPOR. Pese a todo, la OXIDACIÓN PARCIAL del METANO es un proceso exotérmico, lo que significa que emana calor, es por esa razón que resulta ser más rápido que el REFORMADO CON VAPOR.
OXIDACIÓN PARCIAL DE LA REACCIÓN DEL METANO
Consiguientemente, en ambos procesos el monóxido de carbono y el vapor reaccionan junto con un catalizador en la llamada "REACCIÓN DE CAMBIO DE AGUA-GAS", que produce dióxido de carbono y más hidrógeno. En la última etapa del proceso, ocurre lo que llamamos "adsorción por oscilación de presión", en el cual se elimina el dióxido de carbono, y, como resultado, se obtiene hidrógeno puro.
REACCIÓN de CAMBIO de AGUA-GAS
Centrémonos ahora en los PROCESOS ELECTROLÍTICOS, en los que se va a emplear la electricidad para crear reacciones químicas.
Muchos piensan erróneamente que el hidrógeno es una fuente de energía, no obstante, en realidad es un VECTOR ENERGÉTICO, ya que puede retener y proporcionar esa energía. Por ejemplo, este proceso ocurre con las pilas de combustible, que generan electricidad empleando una reacción química de hidrógeno, generando agua, calor y en particular electricidad como subproductos.
Pese a que el hidrógeno es la sustancia química más copiosa del universo, en nuestro planeta se puede producir usando distintos recursos internos como combustibles fósiles, por ejemplo, gas natural y carbón, agua, energía nuclear y otras fuentes de energía renovable como biomasa, eólica, solar, geotérmica y una amplia gama de procesos.
Se puede producir hidrógeno:
• En o cerca del punto de uso;
• En instalaciones más grandes, transportándolo acto seguido hasta el punto de utilización;
• En instalaciones de tamaño intermedio ubicadas cerca del punto de uso.
El hidrógeno se puede producir utilizando varios procesos diferentes.
LOS PROCESOS TERMOQUÍMICOS utilizan reacciones químicas y de calor para liberar hidrógeno de materiales orgánicos como combustibles fósiles y biomasa.
El agua se puede dividir en hidrógeno y oxígeno mediante procesos electrolíticos, o a través de la energía solar mediante procesos fotolíticos.
Microorganismos como bacterias y algas pueden producir hidrógeno a través de PROCESOS BIOLÓGICOS.
En JAES tenemos más de 10 años de experiencia proporcionando suministros industriales, lo que ha llevado a JAES a ser el socio de referencia de algunas de las empresas más punteras en el campo de la generación de energías renovables.
Veamos las tecnologías más comunes para la producción de hidrógeno según cada proceso.
PROCESOS TERMOQUÍMICOS, tal y como su nombre da a entender, se usan reacciones térmicas y químicas para extraer hidrógeno de la estructura molecular del gas natural, del carbón, de la biomasa e incluso del agua.
REFORMADO DE GAS NATURAL es el método más utilizado para la producción de hidrógeno. La reacción se lleva a cabo con hidrocarburos como el metano. El gas natural contiene metano, que puede ser usado para generar hidrógeno mediante procesos termoquímicos, como EL REFORMADO CON VAPOR y LA OXIDACIÓN PARCIAL.
En el REFORMADO CON VAPOR, el metano y otros hidrocarburos reaccionan con vapor de alta temperatura bajo presión, y en presencia de un catalizador se acelera la reacción.
Los productos de reacción son hidrógeno y monóxido de carbono. El proceso de reformado con vapor es endotérmico, esto significa que hay que añadir calor al proceso para que la reacción siga adelante, quemando normalmente parte del metano.
REACCIÓN de REFORMADO CON VAPOR
En cambio, en la oxidación parcial, el metano reacciona con una cantidad limitada de oxígeno, que no es suficiente como para oxidar totalmente los hidrocarburos hasta dióxido de carbono y agua. Los productos de reacción son siempre hidrógeno y monóxido de carbono, pero, como se puede ver en las reacciones químicas, la oxidación parcial genera menos hidrógeno con la misma cantidad de combustible que se obtiene mediante el REFORMADO CON VAPOR. Pese a todo, la OXIDACIÓN PARCIAL del METANO es un proceso exotérmico, lo que significa que emana calor, es por esa razón que resulta ser más rápido que el REFORMADO CON VAPOR.
OXIDACIÓN PARCIAL DE LA REACCIÓN DEL METANO
Consiguientemente, en ambos procesos el monóxido de carbono y el vapor reaccionan junto con un catalizador en la llamada "REACCIÓN DE CAMBIO DE AGUA-GAS", que produce dióxido de carbono y más hidrógeno. En la última etapa del proceso, ocurre lo que llamamos "adsorción por oscilación de presión", en el cual se elimina el dióxido de carbono, y, como resultado, se obtiene hidrógeno puro.
REACCIÓN de CAMBIO de AGUA-GAS
Centrémonos ahora en los PROCESOS ELECTROLÍTICOS, en los que se va a emplear la electricidad para crear reacciones químicas.
El proceso más habitual es LA ELECTRÓLISIS DEL AGUA, en la que se usa la electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.
Con ello lograríamos un método sostenible para producir hidrógeno, ya que no se emitirían emisiones de efecto invernadero durante la obtención de fuentes renovables.
En la ELECTROLISIS DEL AGUA, la célula electrolítica está compuesta por un ánodo y un cátodo, y están separadas por un electrolito, al igual que en las pilas de combustible. No obstante, el proceso que tiene lugar dentro de este último es justamente lo contrario.
Tal y como podemos observar en este electrolito de membrana polimérica (PEM), el electrolito está hecho de un material plástico fuerte.
El agua reacciona en el ánodo para formar:
1) oxígeno;
2) Iones de Hidrógeno cargados positivamente (también llamados protones), que se desplazan a través de electrolito de membrana polimérica hasta llegar al cátodo;
3) electrones, que fluyen a través de un circuito externo hasta el cátodo, como los protones.
En el cátodo, los iones de hidrógeno se combinan con electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno.
A diferencia de los procesos electrolíticos que emplean electricidad. LOS PROCESOS FOTOLÍTICOS usan energía solar para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Este tipo de procesos tienen mucho potencial a largo plazo para una producción sostenible de hidrógeno con bajo impacto medioambiental.
En una CÉLULA FOTOELECTROQUÍMICA (PEC) los semiconductores son parecidos a los que se usan en la generación de electricidad solar fotovoltaica. Se encuentran sumergidos en un electrolito a base de agua, donde la luz solar energiza el proceso de separación del agua en hidrógeno y oxígeno, como también ocurre en la electrólisis del agua.
De entre LOS PROCESOS BIOLÓGICOS podríamos incluir sin lugar a duda la conversión de biomasa microbiana. Ésta se sirve de la habilidad que tienen los microorganismos para consumir y digerir biomasa, y luego liberar hidrógeno.
Sin embargo, ¿cómo funciona en realidad?
En los sistemas basados en la fermentación, los microorganismos como las bacterias se atarean en descomponer la materia orgánica para así producir hidrógeno. Las células de electrólisis microbiana (MEC) son dispositivos que aprovechan la energía y los protones generada por los microbios para producir hidrógeno.
Veamos cómo funciona:
la célula de electrólisis está formada por un ánodo y un cátodo; los microbios dentro del ánodo consumen materia orgánica como ácido acético, generando acto seguido electrones y protones. Los electrones se mueven a un electrodo, y viajan a través de un cable hacia el electrodo situado en la sección de cátodo. Con ayuda de una pequeña tensión añadida, los protones se combinan con los electrones para producir gas hidrógeno. El conocido hidrógeno verde se crea a partir de fuentes renovables.
Pese a que un gran inconveniente en la producción de hidrógeno verde es la enorme cantidad de electricidad consumida a partir de recursos renovables, una buena noticia es que el precio de la energía limpia ha bajado mucho en los últimos años.
Por otro lado, nos encontramos frente a un incremento en el precio de los combustibles fósiles, una disminución de las reservas de combustibles fósiles, y nuevas iniciativas para luchar contra el cambio climático y la contaminación del aire. Todo ello ha causado que muchos países se pusieran a invertir en esta tecnología enfocada a sectores como el transporte, la industria química, y la industria pesada.
En un mundo donde 7.000 millones de personas son esclavas del petróleo, ¿cree que el hidrógeno verde será la alternativa limpia más eficaz frente los combustibles fósiles? Haznos saber tu opinión dejando un comentario.
Con ello lograríamos un método sostenible para producir hidrógeno, ya que no se emitirían emisiones de efecto invernadero durante la obtención de fuentes renovables.
En la ELECTROLISIS DEL AGUA, la célula electrolítica está compuesta por un ánodo y un cátodo, y están separadas por un electrolito, al igual que en las pilas de combustible. No obstante, el proceso que tiene lugar dentro de este último es justamente lo contrario.
Tal y como podemos observar en este electrolito de membrana polimérica (PEM), el electrolito está hecho de un material plástico fuerte.
El agua reacciona en el ánodo para formar:
1) oxígeno;
2) Iones de Hidrógeno cargados positivamente (también llamados protones), que se desplazan a través de electrolito de membrana polimérica hasta llegar al cátodo;
3) electrones, que fluyen a través de un circuito externo hasta el cátodo, como los protones.
En el cátodo, los iones de hidrógeno se combinan con electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno.
A diferencia de los procesos electrolíticos que emplean electricidad. LOS PROCESOS FOTOLÍTICOS usan energía solar para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Este tipo de procesos tienen mucho potencial a largo plazo para una producción sostenible de hidrógeno con bajo impacto medioambiental.
En una CÉLULA FOTOELECTROQUÍMICA (PEC) los semiconductores son parecidos a los que se usan en la generación de electricidad solar fotovoltaica. Se encuentran sumergidos en un electrolito a base de agua, donde la luz solar energiza el proceso de separación del agua en hidrógeno y oxígeno, como también ocurre en la electrólisis del agua.
De entre LOS PROCESOS BIOLÓGICOS podríamos incluir sin lugar a duda la conversión de biomasa microbiana. Ésta se sirve de la habilidad que tienen los microorganismos para consumir y digerir biomasa, y luego liberar hidrógeno.
Sin embargo, ¿cómo funciona en realidad?
En los sistemas basados en la fermentación, los microorganismos como las bacterias se atarean en descomponer la materia orgánica para así producir hidrógeno. Las células de electrólisis microbiana (MEC) son dispositivos que aprovechan la energía y los protones generada por los microbios para producir hidrógeno.
Veamos cómo funciona:
la célula de electrólisis está formada por un ánodo y un cátodo; los microbios dentro del ánodo consumen materia orgánica como ácido acético, generando acto seguido electrones y protones. Los electrones se mueven a un electrodo, y viajan a través de un cable hacia el electrodo situado en la sección de cátodo. Con ayuda de una pequeña tensión añadida, los protones se combinan con los electrones para producir gas hidrógeno. El conocido hidrógeno verde se crea a partir de fuentes renovables.
Pese a que un gran inconveniente en la producción de hidrógeno verde es la enorme cantidad de electricidad consumida a partir de recursos renovables, una buena noticia es que el precio de la energía limpia ha bajado mucho en los últimos años.
Por otro lado, nos encontramos frente a un incremento en el precio de los combustibles fósiles, una disminución de las reservas de combustibles fósiles, y nuevas iniciativas para luchar contra el cambio climático y la contaminación del aire. Todo ello ha causado que muchos países se pusieran a invertir en esta tecnología enfocada a sectores como el transporte, la industria química, y la industria pesada.
En un mundo donde 7.000 millones de personas son esclavas del petróleo, ¿cree que el hidrógeno verde será la alternativa limpia más eficaz frente los combustibles fósiles? Haznos saber tu opinión dejando un comentario.