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Cómo funciona la economía del hidrógeno

Cómo funciona la economía del hidrógeno
Satisfacer
  1. Problemas con la economía de combustibles fósiles
  2. Beneficios de ahorrar hidrógeno
  3. Barreras tecnológicas
  4. ¿De dónde viene el hidrógeno?
  5. ¿Cómo se almacena y transporta el hidrógeno?
  6. Perspectivas futuras

Problemas con la economía de combustibles fósiles

Hoy, Estados Unidos y la mayor parte del mundo están atrapados en lo que podríamos llamar economía de combustibles fósiles. Nuestros coches, trenes y aviones funcionan casi exclusivamente con productos derivados del petróleo, como gasolina y diésel. Un gran porcentaje de nuestras centrales eléctricas utilizan petróleo, gas natural y carbón como combustible.



Si se detuviera el flujo de combustibles fósiles a Estados Unidos, la economía se detendría. No habría forma de transportar los productos producidos por las fábricas. No habría forma de que la gente condujera al trabajo. Toda la economía, y de hecho toda la sociedad occidental, depende actualmente de los combustibles fósiles.

Aunque los combustibles fósiles han desempeñado un papel importante para llevar a la sociedad a donde está hoy, los combustibles fósiles representan cuatro desafíos principales:

Polución del aire – Cuando los coches queman gasolina, lo ideal es que la quemen y no creen más que dióxido de carbono y agua en sus escapes. Desafortunadamente, el motor de combustión interna no es perfecto. En el proceso de quemar gasolina, también produce:

  • Monóxido de carbono, un gas venenoso

  • Óxidos de nitrógeno, principal fuente de contaminación urbana
  • Hidrocarburos no quemados, la principal fuente de ozono urbano

Los convertidores catalíticos eliminan gran parte de esta contaminación, pero no son perfectos. La contaminación del aire de los automóviles y las centrales eléctricas es un problema real en las grandes ciudades.


Cómo funciona la economía del hidrógeno

Ya es bastante malo que muchas ciudades tengan niveles peligrosos de ozono en el aire durante el verano.

Contaminación ambiental – El proceso de transporte y almacenamiento de aceite tiene un gran impacto en el medio ambiente cuando algo sale mal.


Cómo funciona la economía del hidrógeno
Superpetrolero cargado de petróleo en Arabia Saudita

Un derrame de petróleo, la explosión de un oleoducto o un incendio en un pozo pueden crear mucha confusión. El derrame del Exxon Valdez es el ejemplo más conocido del problema, pero siempre ocurren pequeños derrames.

Calentamiento global – Cuando quema un galón de gasolina en su automóvil, emite alrededor de 2,3 kg de carbono a la atmósfera. Si fuera carbono sólido, sería extremadamente obvio: sería como tirar una bolsa de azúcar de 5 libras por la ventanilla del automóvil por cada litro de gasolina quemado. Pero debido a que los 2,5 kilogramos de carbono se convierten en un gas invisible, dióxido de carbono, la mayoría de nosotros lo ignoramos. El dióxido de carbono que sale del tubo de escape de cada automóvil es un gases de invernadero que aumenta lentamente la temperatura del planeta. Se desconocen los efectos finales, pero es muy posible que, a largo plazo, un cambio climático dramático afecte a todos los habitantes del planeta. Por ejemplo, si los casquetes polares se derriten, el nivel del mar aumentará drásticamente, inundando y destruyendo todas las ciudades costeras que existen en la actualidad. Es un gran efecto secundario.

Adiccion – Estados Unidos y la mayoría de los demás países no pueden producir suficiente petróleo para satisfacer la demanda, por lo que importan de países ricos en petróleo. Esto crea dependencia económica. Cuando los productores de petróleo de Oriente Medio deciden subir el precio del petróleo, el resto del mundo no tiene más remedio que pagar el precio más alto.

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Beneficios de ahorrar hidrógeno

En la sección anterior, examinamos los principales problemas globales creados por los combustibles fósiles. La economía del hidrógeno promete eliminar todos los problemas que crea la economía de los combustibles fósiles. Por lo tanto, los beneficios de ahorrar hidrógeno incluyen:

  1. Eliminación de la contaminación por combustibles fósiles – Cuando se utiliza hidrógeno en una pila de combustible para generar energía, es una tecnología completamente limpia. El único subproducto es el agua. Tampoco existen riesgos ambientales, como los derrames de petróleo con hidrógeno.
  2. La eliminación de gases de efecto invernadero. – Si el hidrógeno proviene de la electrólisis del agua, el hidrógeno no agrega gases de efecto invernadero al medio ambiente. Hay un ciclo perfecto: la electrólisis produce hidrógeno a partir del agua y el hidrógeno se recombina con el oxígeno para crear agua y energía en una celda de combustible.
  3. La eliminación de la dependencia económica – La eliminación del petróleo significa no depender de Oriente Medio y sus reservas de petróleo.
  4. Producción distribuida – Se puede producir hidrógeno donde hay electricidad y agua. La gente incluso puede hacer esto en casa con tecnología relativamente simple.

Los problemas asociados con la economía de combustibles fósiles son tan grandes y los beneficios ambientales de ahorrar hidrógeno son tan grandes que el impulso para la economía del hidrógeno es muy fuerte.

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Barreras tecnológicas

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Tu sabia
La NASA desarrolló sensores que detectan posibles fugas en un motor de combustión interna de hidrógeno para detectar fugas de hidrógeno durante los lanzamientos de transbordadores espaciales. Descubra más innovaciones de la NASA en esta animación interactiva de Cadena de descubrimiento.

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La gran pregunta en la economía del hidrógeno es: “¿De dónde viene el hidrógeno?” Luego viene la cuestión del transporte, distribución y almacenamiento de hidrógeno. El hidrógeno tiende a ser voluminoso y delicado en su forma de gas natural.

Una vez que estas dos preguntas se respondan económicamente, la economía del hidrógeno estará lista.

Examinaremos cada uno de estos problemas por separado en las siguientes secciones.

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¿De dónde viene el hidrógeno?

Uno de los problemas más interesantes de la economía del hidrógeno es el propio hidrógeno. de donde vendrá Con el ahorro de combustible fósil, solo necesita bombear el combustible fósil del suelo (consulte Cómo funciona la perforación petrolífera) y refinarlo (consulte Cómo funciona la refinación de petróleo). Luego lo quemas como fuente de energía.

La mayoría de nosotros valoramos el petróleo, la gasolina, el carbón y el gas natural, pero son verdaderamente milagrosos. Estos combustibles fósiles representan energía solar almacenada hace millones de años. Hace millones de años, las plantas se desarrollaron utilizando energía solar para impulsar su crecimiento. Murieron y finalmente se convirtieron en petróleo, carbón y gas natural. Cuando bombeamos petróleo del suelo, estamos aprovechando este enorme depósito de energía solar “gratis”. Cada vez que quemamos un galón de gas, liberamos esta energía solar almacenada.

En la economía del hidrógeno, no hay depósitos de los que extraer. Realmente necesitamos crear energía en tiempo real.

Hay dos posibles fuentes de hidrógeno:

  • Electrólisis de agua – Usando electricidad, es fácil separar las moléculas de agua para crear hidrógeno y oxígeno puros. Una gran ventaja de este proceso es que puedes hacerlo en cualquier lugar. Por ejemplo, puede tener una caja en su garaje que produzca hidrógeno a partir del agua del grifo y llene su automóvil con hidrógeno.
  • Reforma de combustibles fósiles – El petróleo y el gas natural contienen hidrocarburos, moléculas compuestas por hidrógeno y carbono. Usando un dispositivo llamado procesador de combustible o reformador, puede separar el hidrógeno del carbono en un hidrocarburo con relativa facilidad y luego usar hidrógeno. Libera el carbono restante a la atmósfera en forma de dióxido de carbono.

La segunda opción es, por supuesto, un poco perversa. Utiliza combustibles fósiles como fuente de hidrógeno para la economía del hidrógeno. Este enfoque reduce la contaminación del aire, pero no resuelve el problema de los gases de efecto invernadero (porque todavía hay carbono en la atmósfera) o el problema de la adicción (todavía necesita petróleo). Sin embargo, esta puede ser una buena medida temporal a tomar durante la transición al hidrógeno. Cuando oye hablar de los “vehículos de pila de combustible” desarrollados por los fabricantes de automóviles, casi todos ellos planean fabricar hidrógeno para pilas de combustible a partir de gasolina utilizando un reformador. La razón es que la gasolina es una fuente de hidrógeno fácilmente disponible. Hasta que haya “estaciones de hidrógeno” en cada esquina, como las tenemos ahora, esta es la forma más sencilla de obtener hidrógeno para alimentar un vehículo de pila de combustible.

Lo interesante de la primera opción es que está en el corazón de la economía real del hidrógeno. Teniendo un ahorrando hidrógeno puro, del cual se debe derivar el hidrógeno recursos renovables en lugar de combustibles fósiles, para dejar de liberar carbono a la atmósfera. Tener suficiente electricidad para separar el hidrógeno del agua y producir esa electricidad sin utilizar combustibles fósiles será el mayor cambio que veamos en la creación de la economía del hidrógeno.


Cómo funciona la economía del hidrógeno
La central eléctrica de Bayswater (Nueva Gales del Sur, Australia) produce electricidad utilizando vapor para alimentar turbogeneradores.

¿De dónde vendrá la electricidad para la electrólisis del agua? Actualmente, aproximadamente el 68% (línea de base) de la electricidad producida en los Estados Unidos proviene del carbón o del gas natural. Toda esta capacidad de producción deberá ser reemplazada por fuentes renovables en la economía del hidrógeno. Además, todo el combustible fósil que se utiliza hoy en el transporte (coches, camiones, trenes, barcos, aviones) tendrá que convertirse en hidrógeno, y este hidrógeno también se generará con electricidad. En otras palabras, la capacidad de generación de energía del país tendrá que duplicarse para satisfacer la demanda de transporte, y luego todo tendrá que pasar de los combustibles fósiles a las fuentes renovables. En este punto, y solo en este punto, se interrumpirá el flujo de carbono a la atmósfera.

Actualmente existen varias formas de generar electricidad sin utilizar combustibles fósiles:

  • Energía nuclear
  • Centrales hidroeléctricas
  • Células solares
  • Turbinas de viento
  • Energía geotérmica
  • Energía de las olas y las mareas
  • Cogeneración (por ejemplo, un aserradero puede quemar la corteza para generar energía, o un vertedero puede quemar el metano producido por los desechos en descomposición).

Cómo funciona la economía del hidrógeno
En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior derecha: planta de energía solar; Planta nuclear; Presa hidroeléctrica; turbina eólica

En los Estados Unidos, aproximadamente el 20% de la energía proviene actualmente de la energía nuclear y el 7% de la hidroelectricidad. Las fuentes solares, eólicas, geotérmicas y otras generan solo el 5% de la energía, lo suficiente para marcar la diferencia.

En el futuro, salvo el progreso tecnológico, parece probable que suceda una de dos cosas para crear la economía del hidrógeno: la capacidad de generar energía nuclear o solar aumentará drásticamente. Recuerde que, en una economía de hidrógeno puro, la capacidad de generar electricidad tendrá que duplicarse porque toda la energía de transporte que actualmente proviene del petróleo tendrá que ser reemplazada por hidrógeno generado eléctricamente. Por tanto, el número de centrales eléctricas se duplicará y se sustituirán todas las plantas de combustibles fósiles.

El problema de la generación de electricidad es probablemente el mayor obstáculo para la economía del hidrógeno. Una vez que la tecnología se haya perfeccionado y se haya vuelto barata, los vehículos de pila de combustible impulsados ​​por hidrógeno podrían reemplazar los motores de combustión interna de gasolina en una década o dos. Pero reemplazar las plantas de energía por plantas nucleares y solares puede no ser tan fácil. La energía nuclear tiene problemas políticos y ambientales, y la energía solar actualmente tiene problemas de costo y ubicación.

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¿Cómo se almacena y transporta el hidrógeno?

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Abierto para negocios
Las estaciones de servicio de hidrógeno ya están abiertas en varios países, incluidos Estados Unidos, Islandia, Japón y Alemania. Visite FuelCells.org – Estaciones de reabastecimiento de hidrógeno globales para encontrar una estación de hidrógeno cerca de usted.

Por el momento, el problema de poner en circulación vehículos de hidrógeno puro es el problema del almacenamiento / transporte. El hidrógeno es un gas grande y no es tan fácil trabajar con él como la gasolina. Comprimir gas requiere energía y el hidrógeno comprimido contiene mucha menos energía que el mismo volumen de gasolina. Sin embargo, están surgiendo soluciones al problema del almacenamiento de hidrógeno.

Por ejemplo, el hidrógeno se puede almacenar como un sólido en una sustancia química llamada borohidruro de sodio, y esta tecnología ha aparecido recientemente en las noticias porque Chrysler la está probando. Este químico se crea a partir del bórax (un ingrediente común en algunos detergentes). Cuando el borohidruro de sodio libera su hidrógeno, se convierte en bórax y, por lo tanto, puede reciclarse.

Una vez que se haya resuelto y estandarizado el problema de almacenamiento, deberá desarrollarse una red de estaciones de hidrógeno e infraestructura de transporte a su alrededor. El principal obstáculo para esto puede ser el proceso de selección de tecnología. Las estaciones no crecerán rápidamente hasta que exista una tecnología de almacenamiento que domine claramente el mercado. Por ejemplo, si todos los coches de hidrógeno de todos los fabricantes utilizaran borohidruro de sodio, una red de estaciones podría crecer rápidamente; este tipo de Estandarización es poco probable que suceda rápidamente, si la historia sirve de guía.

También puede haber un avance tecnológico que pueda cambiar rápidamente las reglas del juego. Por ejemplo, si alguien pudiera desarrollar una batería recargable barata con gran capacidad y tiempos de carga rápidos, los coches eléctricos no necesitarían pilas de combustible y no habría necesidad de hidrógeno en tránsito. Los coches se recargarían directamente con electricidad.

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Perspectivas futuras

Escuchará cada vez más sobre la economía del hidrógeno en las noticias de los próximos meses, a medida que el tambor se haga cada vez más fuerte. Los problemas medioambientales de la economía de los combustibles fósiles se combinan con los avances en la tecnología de pilas de combustible y el hermanamiento nos permitirá dar los primeros pasos.

El paso más obvio que veremos es el marketing de vehículos de pila de combustible. Aunque inicialmente funcionaba con gasolina y reformadores, las pilas de combustible incorporan dos mejoras importantes sobre el motor de combustión interna:

  • Son aproximadamente el doble de efectivos.
  • Pueden reducir significativamente la contaminación del aire en las ciudades.

Los vehículos con pilas de combustible de gasolina son un excelente paso de transición debido a estos beneficios.

Navegar a un archivo ahorrando hidrógeno puro será más difícil. Las centrales eléctricas tendrán que cambiar a fuentes de energía renovables y el mercado tendrá que acordar cómo almacenar y transportar hidrógeno. Es probable que estos obstáculos hagan que la transición a la economía del hidrógeno sea un proceso largo.

Para obtener más información sobre la economía del hidrógeno y las tecnologías que la rodean, consulte los enlaces en la página siguiente.

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energía geotérmicaTubos de vapor en la planta geotérmica de Wairakei.

Parece que hay un nuevo anuncio en las noticias todos los días sobre los coches de pila de combustible. Las promesas son tentadoras, ya que las pilas de combustible tienen el potencial de duplicar rápidamente la eficiencia de los automóviles al reducir drásticamente la contaminación del aire.

Al mismo tiempo, ha habido décadas de informes sobre cuestiones petroleras. Todo, desde los derrames de petróleo hasta las alarmas de ozono y el calentamiento global, se atribuye a nuestra dependencia de los combustibles fósiles.

Estas dos fuerzas conducen al mundo hacia lo que se conoce ampliamente como el ahorro de hidrógeno. Si las predicciones son ciertas, en las próximas décadas todos comenzaremos a ver un cambio sorprendente en la economía de combustibles fósiles que tenemos hoy hacia un futuro de hidrógeno mucho más limpio.

Él sigue
  • Cuestionario sobre pilas de combustible
  • Cómo funcionan las células combustible
  • Proyecto Curiosity: Imágenes en ciencia de materiales

La sociedad realmente puede provocar este cambio o las barreras tecnológicas, económicas y políticas nos mantendrán estancados con el petróleo y otros combustibles fósiles en el futuro. siglo y más allá? En este artículo, aprenderá los beneficios de ahorrar hidrógeno, así como sus posibles problemas. También veremos algunas de las tecnologías que harían posible la transición.

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