El hidrógeno, como sustancia, es una entidad
diatómica, lo que significa que su molécula está compuesta por dos
átomos de hidrógeno unidos por un enlace covalente. Este comportamiento no
es exclusivo del hidrógeno, ya que los no metales en general tienden a
formar este tipo de moléculas diatómicas. De esta manera, el hidrógeno forma
una sustancia simple, que es un elemento químico. Los elementos
son sustancias que están formadas por átomos de un mismo tipo y son la
base fundamental de la materia en la química.
Es importante destacar que un mismo tipo de átomo puede
formar diversos tipos de elementos dependiendo de cómo se enlazan. Un
claro ejemplo de esto es el oxígeno. El oxígeno, como dioxígeno (O₂),
es una molécula diatómica que representa un elemento en su forma
más estable. Sin embargo, este mismo átomo de oxígeno puede unirse de otra
manera para formar ozono (O₃), una molécula triatómica que también se
considera un elemento. Así, tanto el dioxígeno como el ozono son formas
diferentes del mismo elemento químico oxígeno, pero con propiedades y
estructuras distintas.
Portador de energía
El hidrógeno es un elemento químico con
propiedades únicas que lo hacen muy relevante en diversas aplicaciones
tecnológicas y energéticas. Como el elemento más ligero y abundante en
el universo, tiene una alta capacidad para almacenar energía en sus
enlaces químicos. Esta característica lo convierte en un excelente combustible.
En particular, el hidrógeno se utiliza como combustible para cohetes,
debido a su alta eficiencia energética. Cuando se quema en presencia de
oxígeno, libera una enorme cantidad de energía en forma de calor y, en
su combustión, solo produce agua como subproducto, lo que lo hace una
opción limpia y respetuosa con el medio ambiente.
Una de las aplicaciones más innovadoras del hidrógeno es su
uso en las celdas de hidrógeno, también conocidas como pilas de
hidrógeno. Estas celdas son dispositivos electroquímicos que generan electricidad
a partir de la reacción entre hidrógeno y oxígeno, liberando agua
como único residuo. Este proceso convierte al hidrógeno en una fuente de energía
renovable y no contaminante. Las pilas de hidrógeno son utilizadas
en una amplia variedad de dispositivos, desde automóviles eléctricos de
hidrógeno hasta sistemas de almacenamiento de energía y generadores
eléctricos.
Figura
1. China ha emergido como un líder mundial en el desarrollo y adopción de autos
de hidrógeno, impulsado por su fuerte enfoque en la sostenibilidad y la
transición hacia fuentes de energía limpias. El gobierno chino ha promovido
políticas de apoyo, como subsidios y subsidios fiscales, para fomentar la
fabricación y la infraestructura de hidrógeno. Empresas como BYD y NIO están
desarrollando vehículos de pila de combustible de hidrógeno, con la intención
de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mejorar la calidad del
aire en las grandes ciudades. Además, China ha invertido en una infraestructura
de estaciones de recarga de hidrógeno, lo que hace viable el uso de autos de
hidrógeno a gran escala en el futuro cercano.
En cuanto a la energía térmica y eléctrica, el
hidrógeno es considerado una fuente de energía limpia. La energía
contenida en sus enlaces es liberada durante la reacción de combustión
o en las celdas de hidrógeno mediante un proceso electroquímico. A
medida que la tecnología avanza, el hidrógeno promete ser un componente
clave en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles, con
aplicaciones potenciales tanto en el transporte como en la generación de
energía para hogares y empresas.
Transferencia energética
Es importante resaltar que, aunque el hidrógeno se
presenta como una fuente de energía limpia cuando se utiliza en
aplicaciones como la combustión o las celdas de hidrógeno, en
términos estrictos, el hidrógeno no es en sí mismo una fuente de energía
primaria. Es decir, el hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza en
grandes cantidades, sino que debe ser fabricado a través de diferentes
procesos de producción que requieren energía. La producción de
hidrógeno, por tanto, depende de fuentes de energía externas y, según el
método utilizado, puede tener diferentes impactos ambientales y económicos.
Existen varias maneras de producir hidrógeno, y se clasifica
en distintos tipos o "colores" según la fuente de energía
utilizada en su síntesis. No es que la sustancia tenga color en sí, el hidrógeno
siempre es incoloro, se trata más bien de un sistema de etiquetas de
calidad. A continuación, algunos de los más comunes:
- Hidrógeno
gris: Se obtiene principalmente a través del proceso de reformado
de gas natural (metano), que es uno de los métodos más utilizados
debido a su bajo costo. Sin embargo, este proceso emite grandes cantidades
de dióxido de carbono (CO₂) a la atmósfera, lo que lo convierte en
uno de los métodos más contaminantes.
- Hidrógeno
azul: Este hidrógeno también se produce mediante el reformado de gas
natural, pero a diferencia del hidrógeno gris, en este caso se captura y
almacena el CO₂ generado durante el proceso mediante tecnologías de
captura y almacenamiento de carbono (CAC). Aunque reduce las emisiones
de CO₂, sigue dependiendo de los combustibles fósiles y no es
completamente libre de emisiones.
- Hidrógeno
verde: Este es el tipo más sostenible y limpio de hidrógeno, ya que se
produce utilizando energías renovables como solar, eólica o
hidroeléctrica para electrolizar el agua (H₂O), separando el
hidrógeno del oxígeno. El proceso de producción de hidrógeno verde no
emite CO₂ ni otros gases contaminantes, por lo que es considerado una de
las alternativas más prometedoras para una sociedad sin emisiones.
- Hidrógeno
amarillo: Similar al hidrógeno verde, se produce a través de electrólisis
del agua, pero en este caso la energía utilizada puede provenir de la red
eléctrica convencional, que en muchos países está basada en fuentes de
energía no renovables. Así que, aunque el proceso de electrólisis en sí no
es contaminante, la fuente de energía utilizada para alimentar la
electrólisis puede no ser limpia.
- Hidrógeno
turquesa: Este tipo de hidrógeno se produce a través de un proceso
llamado pirólisis del metano, en el cual el metano se descompone en
hidrógeno y carbono sólido. Este método es prometedor porque
produce menos CO₂ que el reformado de gas natural, pero aún está en fase
de desarrollo.
Por tanto, dependiendo de la fuente de energía
utilizada para producir el hidrógeno, su impacto ambiental puede variar
considerablemente. Mientras que el hidrógeno verde se asocia a un bajo
impacto ambiental, los métodos más tradicionales como el hidrógeno gris y
azul tienen una huella de carbono significativa, aunque el hidrógeno azul puede
mitigar algo de esa contaminación mediante la captura de CO₂. A medida que
avanzamos hacia un futuro más sostenible, la producción de hidrógeno a
partir de fuentes renovables y su uso en tecnologías limpias como celdas
de hidrógeno son clave para una transición energética exitosa.
Hidrógeno de fusión
El hidrógeno proveniente de la fusión nuclear no
tiene una etiqueta de color asignada de manera formal en los mismos
términos que el hidrógeno producido mediante electrólisis o reformado
de gas natural. La razón de esto es que la fusión nuclear aún está
en una etapa experimental y no se ha implementado a gran escala como una fuente
comercial de hidrógeno.
En términos generales, la fusión nuclear es un
proceso en el que dos átomos ligeros, como el hidrógeno, se combinan
para formar un átomo más pesado, liberando grandes cantidades de energía
en el proceso. Este tipo de energía limpia podría, en teoría, producir
hidrógeno de manera indirecta, si se usara para alimentar el proceso de electrólisis
del agua o si se utilizara en un ciclo termodinámico que generara hidrógeno
como subproducto. Sin embargo, dado que la fusión nuclear todavía está
en sus primeras fases de investigación (por ejemplo, proyectos como ITER
en Europa o SPARC en los EE. UU.), no existe una producción
comercializada ni un sistema de etiquetado estandarizado para el hidrógeno
producido de esta manera.
Si la fusión nuclear llegara a ser una fuente viable
de hidrógeno en el futuro, es posible que se le asignara un color específico
(probablemente relacionado con la energía limpia) para destacarlo en un
contexto de sostenibilidad, tal como ocurre con el hidrógeno verde
(producido a partir de fuentes renovables). Sin embargo, hasta que esto ocurra,
el hidrógeno de fusión nuclear no tiene una clasificación oficial.
Por ahora, los colores del hidrógeno son usados
principalmente para clasificar el impacto ambiental según la fuente de
energía utilizada en su producción. El hidrógeno de fusión nuclear podría
tener potencial para ser verde o incluso un nuevo color si se
comercializa de manera significativa, dado que es un proceso de energía
limpia y sin emisiones de CO₂.
Referencias
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Singla, M. K., Gupta, J., Beryozkina, S., Safaraliev, M., & Singh, M. (2024). The colorful economics of hydrogen: Assessing the costs and viability of different hydrogen production methods-A review. International Journal of Hydrogen Energy, 61, 664-677.
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