La energía que se genera en el sol –de la cual depende toda la vida en la tierra– es de origen termonuclear, debido a que el Hidrógeno que es un elemento químico muy abundante en esa estrella, mediante una fusión nuclear se convierte en otro elemento químico llamado Helio, liberando en esa reacción grandes cantidades de radiación electromagnética, que es la energía que percibimos en forma de luz y de calor en la superficie del planeta donde vivimos, aunque esta forma nuclear de producir energía, no es la que trataré en el artículo de hoy.
Desde los tiempos de la vida en las cavernas, además de la energía solar, el hombre ha requerido de otras formas alternas de energía para producir fuego y así procurarse calor y luz, facilitar la cocción de sus alimentos y además, para usar dicho fuego como arma para ahuyentar a las fieras salvajes, siendo que uno de los primeros logros de su incipiente inteligencia fue entender, cómo obtener, controlar, mantener y transportar el fuego, que posiblemente descubrió gracias a que en alguna tormenta eléctrica, un rayo cayó sobre un árbol, incendiando bosques y praderas y con ese evento fortuito, se percató de la utilidad de los materiales de origen vegetal como es la leña y los arbustos secos, que podían usarse como combustibles.
Los seres vivos como son las plantas y los animales, tenemos origen orgánico –somos estructuras de Carbono– y estamos compuestos principalmente de cuatro elementos químicos, que son en orden de proporción: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno, de tal forma que como el Carbono es tan fundamental para la vida, la química se ha dividido en química mineral y química orgánica, siendo que esta última estudia las sustancias donde en su estructura existen átomos de Carbono.
Debido a que en la composición de las plantas 50% es Carbono, el material de origen vegetal fue utilizado como fuente de combustible, puesto que, al combinarse el Carbono de la leña con el oxígeno del aire por medio de una combustión, se produce la reacción química que genera energía en forma de calor, luz y otros subproductos tales como son: cenizas, humos, vapor de agua y finalmente dióxido de carbono, cuya fórmula química está compuesta por un átomo de Carbono y dos átomos de Oxígeno, que se expresa con la fórmula CO2.
Con el paso del tiempo ocurrieron cataclismos en el planeta –como el que extinguió a los dinosaurios– que cubrieron plantas y animales con grandes capas de roca y tierra, que junto a altas presiones y altas temperaturas y en ausencia del oxígeno, produjeron los yacimientos de combustibles fósiles, que están compuestos en su mayoría por los elementos químicos Carbono e Hidrógeno, en diferentes proporciones del átomo de Carbono, que van desde los más densos como es el carbón llamado mineral, pasando por los compuestos semisólidos como el asfalto, los líquidos como el crudo de petróleo, hasta los gaseosos como son: butano, propano, etano y metano, siendo que la composición química de este último gas tiene 4 átomos de Hidrógeno y uno de Carbono, según su fórmula CH4 que en mayor proporción, junto con el etano C2H6 y otros gases en menor proporción forman el gas natural.
La reacción química de combustión del metano es: CH4 + O2 ==> CO2 + 2 H2O + CALOR
O en palabras más simples: Metano + Oxígeno = Dióxido de carbono + Agua + Calor
La diferencia de las combustiones con Carbón u otros hidrocarburos, es que el material combustible contiene mayor cantidad de Carbono entre mayor sea su densidad y por esa razón se prefiere usar el gas natural para generar calor, por producir menos dióxido de Carbono, que, según los estudios de los especialistas ambientales, es uno de los gases productores del efecto invernadero.
Teniendo en cuenta que la existencia de los combustibles fósiles no es ilimitada y por otra parte, que su utilización produce gases de efecto invernadero, se ha buscado la forma de reemplazar esos combustibles fósiles por electricidad, pero el problema es que la electricidad que sea generada usando combustibles fósiles, no elimina el problema ambiental ni el riesgo de acabar con las existencias de los combustibles de origen fósil y entonces se ha recurrido a buscar otras formas alternas de generar energías libres de contaminantes como son las energías: eólica, solar, geotérmica e hidráulica, pero como estas formas de energía también presentan sus inconvenientes y limitaciones, se han hecho investigaciones para utilizar el Hidrógeno en la generación de electricidad y este elemento puede ser considerado como el combustible limpio del futuro, cuya forma de uso describiré de la manera más trivial posible a continuación:
Teniendo en cuenta que una molécula de agua está compuesta por 2 átomos de Hidrógeno y 1 átomo de Oxígeno, mediante un proceso llamado hidrólisis, se hace pasar una corriente por agua a través de unos electrodos y el agua se descompone en moléculas gaseosas separadas de Hidrógeno y Oxígeno, pudiendo liberar el Oxígeno hacia la atmósfera –tal como lo hacen las plantas en la fotosíntesis– y almacenar el Hidrógeno resultante en contenedores apropiados a bajas temperaturas y altas presiones que lo convierten en líquido, lo cual facilita su transporte y uso posterior.
Para generar grandes cantidades de Hidrógeno líquido a partir del agua, se requieren cantidades considerables de electricidad y es aquí donde son útiles las energías eólicas, solares, geotérmicas e hidráulicas que no son contaminantes, que si no se usan ni se almacenan en baterías se desperdician y así es como se genera el Hidrógeno llamado verde, pues no se usan fuentes fósiles de energía para su generación.
Una vez almacenado el Hidrógeno líquido en contenedores a presión, para obtener electricidad a partir de ese gas se hace un proceso inverso a la electrólisis que lo produjo, donde se combinan el Hidrógeno almacenado con el Oxígeno del aire para producir de nuevo agua, mediante un dispositivo llamado pila de combustible de Hidrógeno y como este es un proceso electroquímico, se producen electrones que fluyen a través de un circuito y protones –Iones positivos de Hidrógeno– que fluyen a través de un electrolito, generando una corriente eléctrica que sirve para alimentar los motores eléctricos, que aportan la movilidad para: automóviles, autobuses, trenes, aviones, barcos, etc., que expulsan vapor de agua en vez de CO2.
Con esta nueva tecnología energética no contaminante es posible con 25 kilogramos de Hidrógeno líquido recorrer hasta 400 kilómetros en un automóvil eléctrico, alimentado con pilas de combustible de Hidrógeno, pero debido a que los electrodos que también funcionan como catalizadores son de metales costosos como es el Platino y se requieren varios porque para obtener suficiente voltaje hay que conectar en serie varias pilas de combustible, existen altos costos que deberán ser disminuidos mediante el uso de otros materiales catalizadores menos costosos, pero aun así, ya hay varias empresas ensambladoras de vehículos produciendo y comercializando los primeros vehículos eléctricos alimentados con Hidrógeno y podemos concluir, que esta clase de vehículos, es la respuesta adecuada en la transición del uso de los combustibles fósiles hacia energías limpias, que se hará de manera progresiva en el mediano plazo.
Teniendo en cuenta que para el caso de muchos países de Latinoamérica existen grandes fuentes renovables de energía limpia y mucha agua para producir la electricidad con la cual generar Hidrógeno verde de exportación para reemplazar en parte al carbón, petróleo y gas, luce como una buena idea emprender proyectos a corto y mediano plazo que utilicen aire, sol y agua, para producir el combustible del futuro que es el Hidrógeno verde, como reemplazo del Carbono.
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