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El poder del más simple: El Hidrógeno

El poder del más simple: El Hidrógeno

El átomo de Hidrógeno (H2) es el más simple de la naturaleza y las teorías para su entendimiento se han ido sucediendo en uno de los episodios más fascinantes de la Física que tuvo como consecuencia el cambio de paradigma desde la mecánica clásica de Newton hasta el modelo cuántico actual, aun con muchos aspectos por definir.

El Hidrógeno permite importes posibilidades orientadas a la apuesta por una energía descarbonizada y que limitará uno de los problemas ambientales más acuciantes en la sociedad actual, las emisiones GEI, como consecuencia de las cuales se produce el calentamiento global de nuestra atmósfera con repercusiones en el medio natural y la calidad de la vida de los seres vivos más que evidentes. Las diferentes tecnologías aplicadas al Hidrógeno han sido foro de debate en las últimas décadas y están aún  en el punto de mira de científicos e investigadores.

La pila de Hidrógeno es una tecnología consolidada en cuanto a sus fundamentos físico-químicos y, sin embargo, aún con retos pendientes, particularmente los que afectan a la corrosión, fiabilidad y precio  de los componentes a emplear para su fabricación. Actualmente se trabaja en la disponibilidad de materiales económicos para ser usados como catalizador. Hasta la fecha se ha venido utilizando platino, pero su elevado precio ha actuado como factor limitante para esta apuesta. Recientemente la Universidad de Stanford ha presentado datos muy interesantes y alentadores, gracias a un procedimiento conocido como electrospinning que permite fusionar materiales baratos como,  por ejemplo,  el cobalto o el níquel, con carbón grafítico obteniéndose un material lo suficientemente delgado y que responde a un doble objetivo. Por un lado, asegurar que el catalizador no pierda eficiencia cara a la obtención de la energía eléctrica a partir de la energía química del H2 y, por otro, aligerar el peso de la pila.

El funcionamiento de una pila de Hidrógeno no es complicado y se basa en una reacción electroquímica simple, la inversa a la bien conocida como electrolisis. Se utiliza el Hidrógeno diatómico, H2 como combustible, y el Oxígeno diatómico, O2, tomado del aire exterior,  como oxidante. El primero se disocia en una placa, cátodo, en presencia del catalizador para lograr protones H+, que se dejan fluir libremente a través de un electrólito iónico conductor hacia el ánodo y de electrones e-, que se dejan fluir a través de un circuito generándose una corriente eléctrica. En el ánodo se encuentra el O2 que en presencia de H+ y de e- se transforma en H20. Es decir, las pilas de combustible generan electricidad, calor y agua como residuo y podrán atender a requerimientos energéticos de distinto tipo, tales como sistemas back up en complejos industriales, estaciones de transmisión para móviles y, por supuesto, en el transporte donde el despegue definitivo de esta tecnología debe ir paralelo al desarrollo de las infraestructuras para el suministro de combustible, las denominadas hidrogeneras que en el caso de nuestro país, España, son aún muy escasas.

Por ejemplo, Toyota, el gigante japonés para la movilidad ha apostado de manera clara por el hidrógeno como combustible y tiene en su haber uno de los vehículos más populares, el denominado Toyota Mirai.  Entre las características de este vehículo destaca su potencia, 155 CV, autonomía superando los 500 kilómetros y el tiempo para el repostaje que se lleva a cabo en menos de 5 minutos frente a los más de 30 necesarios para el tradicional coche eléctrico.

Bastante más complejos son los procesos orientados  a la obtención de energía del Hidrógeno pero a través del proceso físico conocido como  fusión nuclear. Es una alternativa que ofrece a medio-largo plazo grandes esperanzas en relación a disposición de energía barata, sin emisiones de CO2 y sin residuos peligrosos. Es por todo ello un asunto esencial en la agenda política de los líderes de los países más avanzados del mundo dado que el aseguramiento del suministro energético es condición necesaria para el desarrollo industrial y por tanto social. ITER, participado por un nutrido grupo de países  a lo largo del todo el planeta,  da cuenta de esta necesidad a través del segundo proyecto más caro de la historia de la humanidad solo por detrás de la Estación Espacial Internacional. Como resultado del mismo se espera poder poner en marcha las denominadas centrales comerciales de fusión hacia mediados del siglo en curso.

 La fusión es la reacción nuclear consistente en la unión de núcleos ligeros para dar lugar a un nuevo elemento químico, liberándose en la misma una gran cantidad de energía en forma de calor que convenientemente gestionada se transformará en eléctrica. Este es justamente el mecanismo que tiene lugar para la formación de las estrellas compuestas mayoritariamente por protio, el isótopo más simple del hidrógeno. Bajo condiciones muy extremas de presión y temperatura se produce el choque de sus núcleos, protones, logrando vencer la repulsión eléctrica derivada del hecho de que se trata de partículas con carga positiva. De la fusión de estos dos núcleos surge helio, otro de los componentes de las estrellas y un neutrón cuyo choque será capaz de volver a inducir este proceso provocándose una cadena de reacciones.

A día de la fecha, y tras más de cincuenta años de investigación, aún no se dispone de la tecnología que permite que este proceso natural en el espacio sea reproducible en la Tierra. Ello es debido a  las condiciones extremas de presión y temperatura, que puede llegar a alcanzar hasta doscientos millones de grados Celsius. Es en estas condiciones cuando el combustible nuclear alcanza el estado conocido como plasma produciéndose la separación de la materia en las denominadas partículas constituyentes, iones, electrones y protones que se mueven libremente.  Sin embargo, el coste energético para mantener el campo magnético necesario para el confinamiento de este plasma es todavía inasumible, trabajándose en la actualidad en el campo de los superconductores como materiales que harían factible esta posibilidad, además de poder soportar las temperaturas necesarias. Es decir,  de momento no se dispone de la tecnología para que estos procesos resulten energéticamente positivos, es decir, se obtenga de los mismos mayor cantidad de energía que la necesaria para ponerlos en funcionamiento. Además los intentos que se están llevando a cabo en este sentido hacen uso, no del protio, sino del deuterio, otro de los isótopos del átomo de Hidrógeno y de Tritio, dado que la reacción es más eficiente desde el punto de vista energético y además se  trata de elementos, particularmente el deuterio, abundantes en la naturaleza, concretamente en el agua del mar.

Por todo ello se puede concluir que queda aún camino por recorrer en relación a las tecnologías energéticas derivadas del Hidrógeno, y sin embargo, no puede negarse el hecho de que se trata de un elemento que abre inmensas posibilidades en un área, la energética,  que es esencial para el desarrollo de las sociedades pero que debe atender escrupulosamente el  respeto al Medio Ambiente.