El elemento más abundante del universo, el hidrógeno, es también una prometedora fuente de combustible “limpio” en la Tierra.
Su nombre se origina en las palabras griegas hydro (“agua”) y genes (“formar”), y supone más del 90 por ciento de todos los átomos, lo que equivale a las tres cuartas partes de la masa del universo, según el Laboratorio Nacional de Los Álamos (en Nuevo México, EEUU).
El hidrógeno es fundamental para la vida, y está presente en casi todas las moléculas de los seres vivos, de acuerdo con la Real Sociedad de Química británica. Este elemento también está presente en las estrellas, y proporciona energía al universo mediante la reacción protón-protón y el ciclo carbono-nitrógeno. Los procesos de fusión del hidrógeno estelar liberan enormes cantidades de energía al combinar átomos de hidrógeno para formar helio.
Descubrimiento del Hidrógeno
Robert Boyle produjo gas de hidrógeno en 1671 mientras hacía experimentos con hierro y ácidos, pero no fue hasta 1766 cuando Henry Cavendish lo reconoció como un elemento distinto, según el Laboratorio Jefferson (en Virginia, EEUU). El elemento fue bautizado como hidrógeno por el químico francés Antoine Lavoisier.
El hidrógeno tiene tres isótopos comunes: el protio, que es el hidrógeno normal; el deuterio, un isótopo estable descubierto en 1932 por Harold C. Urey; y el tritio, un isótopo inestable descubierto en 1934. La diferencia entre los tres isótopos radica en el número de neutrones que tiene cada uno. El hidrógeno carece de neutrones, el deuterio tiene uno y el tritio tiene dos, de acuerdo con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (en California, EEUU). El deuterio y el tritio se utilizan como combustible en reactores nucleares de fusión.
El hidrógeno se combina con otros elementos para formar numerosos compuestos, incluyendo algunos comunes como el agua (H2O), el amoniaco (NH3), el metano (CH4), el azúcar de mesa (C12H22O11), el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el ácido clorhídrico (HCl).
El hidrógeno se suele producir calentando gas natural con vapor para formar una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono llamada gas de síntesis o sintegás, que luego se separa para producir hidrógeno.
El hidrógeno se utiliza para producir amoniaco para fertilizantes, mediante un proceso llamado proceso de Haber, en el que reacciona con nitrógeno. Este elemento también se agrega a las grasas y los aceites, como el aceite de cacahuete, mediante un proceso llamado hidrogenación. Otros ejemplos de uso de hidrógeno incluyen el combustible para cohetes, la soldadura, la producción de ácido clorhídrico, la reducción de minerales metálicos y el inflado de globos.
Los investigadores han estado trabajando en el desarrollo de la tecnología de célula de combustible de hidrógeno, que permite obtener cantidades significativas de energía eléctrica usando gas de hidrógeno como una fuente de energía no contaminante que puede utilizarse como combustible para coches y otros vehículos.
El hidrógeno también se usa en la industria del vidrio como atmósfera protectora para producir láminas de vidrio delgado, y en la industria electrónica se utiliza en el proceso de fabricación de los chips de silicio.
¿Sabías que…?
- El hidrógeno es el principal componente de Júpiter y de los otros planetas gigantes gaseosos.
- La NASA utiliza hidrógeno como combustible de cohete para mandar tripulaciones al espacio.
- El hidrógeno licuado es extremadamente frío, y puede provocar congelaciones graves cuando entra en contacto con la piel.
- El hidrógeno es alrededor de 14 veces más ligero que el aire, según el libro “Principios de la química” de Dmitri Mendeléyev.
- Lavoisier, el químico francés que le dio al hidrógeno su nombre, sirvió como financiero y administrador público antes de la Revolución Francesa, y fue ejecutado durante la misma, de acuerdo con la Enciclopedia Británica.
- Cada año se producen unos 85 millones de metros cúbicos de hidrógeno en Estados Unidos.
- El hidrógeno tiene la menor densidad de todos los gases.
- El hidrógeno es el único elemento cuyos tres isótopos comunes (protio, deuterio y tritio) han recibido nombres distintos.
- El primer vuelo de un globo de gas se produjo en París en 1783, y el gas utilizado fue el hidrógeno, según el Museo Nacional del Globo de Estados Unidos. Su uso para llenar dirigibles terminó con el incendio del Hindenburg.
Investigación actual
Los investigadores han estado estudiando el hidrógeno con gran interés durante años debido a su potencial como combustible limpio. “El hidrógeno es un vector energético que no contiene carbono, así que cuando lo quemas, sólo produces agua”, lo que lo convierte en un combustible limpio que no produce emisiones, de acuerdo a Richard Chahine, director del Instituto de Investigación del Hidrógeno de la Universidad de Quebec (en Trois-Rivières, Canadá).
Sin embargo, hay un problema importante con el hidrógeno como combustible: es más caro que la gasolina. De hecho, el año pasado, el vicepresidente sénior de Toyota, Bob Carter, anunció que según las estimaciones del Departamento de Energía, un tanque lleno de hidrógeno comprimido costaría inicialmente alrededor de 50 €, de acuerdo con Ecomento.com.
En general, los costes asociados con la tecnología de combustible de hidrógeno son “una barrera complicada de superar porque, en estos momentos, la gente preferiría tener mejores tecnologías con los precios habituales”, según declaró Chahine a Live Science.
Otro problema del combustible de hidrógeno es que el proceso de producción del hidrógeno en sí mismo no es de hecho tan “limpio” o libre de contaminación. “A día de hoy, la mayoría del hidrógeno producido procede del gas natural”, mediante un proceso que genera dióxido de carbono (CO2), según explicó Chahine.
Por lo tanto, los investigadores han estado buscando maneras alternativas y más ecológicas de producir hidrógeno que eliminen idealmente las emisiones de CO2 del proceso. El año pasado, por ejemplo, científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU desarrollaron un “nano-generador de hidrógeno” a pequeña escala, un dispositivo que produce hidrógeno puro usando luz y grafeno, y sin quemar combustibles fósiles. La versión actual de este generador es realmente pequeña, pero si tiene éxito puede hacerse más grande, y podría permitir a los científicos producir suficiente hidrógeno como para proporcionar combustible a coches y generadores.
Otra manera de producir hidrógeno, llamada “descomposición biológica del agua”, implicaría el uso de determinados microbios fotosintéticos que utilizan la energía de la luz para producir hidrógeno a partir del agua como parte de sus procesos metabólicos, según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés) de EEUU, donde los investigadores están actualmente estudiando este proceso.
Otro método potencial para producir hidrógeno conlleva la fermentación de materiales de biomasa renovables, de acuerdo con el NREL. Además, los investigadores de este laboratorio han estado trabajando en convertir los residuos agrícolas (como las cáscaras de los cacahuetes) y los desechos de los consumidores (como los plásticos y las grasas de desecho) en un producto líquido llamado bio-oil (o bio-aceite), cuyos componentes se pueden separar en combustibles, incluyendo el hidrógeno. Sin embargo, la manera más limpia de producir hidrógeno es mediante la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno usando la luz del sol, según afirma el NREL.