Retorno al pasado en busca de energía

Siempre que se ha necesitado más energía, se ha recurrido a fuentes energéticas acumuladas en un pasado cada vez más remoto. Al principio, el ser humano usaba energía solar acumulada en lapsos breves como fuente energética. Así, por ejemplo, el hombre se valió del viento originado por los cambios de temperatura provocados por el calor del Sol para accionar molinos o impulsar embarcaciones de vela. También aprovechó la vegetación que se vale de la energía solar en la fotosíntesis para elaborar su alimento, cuya combustión permite obtener calor. Ambas fuentes energéticas permiten liberar energía solar y aprovecharla en beneficio humano. Recursos de este tipo han sido propios de sociedades que no necesitaban grandes aportaciones energéticas, debido a que estaban poco avanzadas técnicamente.

Si tenemos en cuenta que el hidrógeno se formó en el instante de creación del universo, momento que se conoce como big bang, hace aproximadamente catorce mil millones de años, su uso significa liberar la energía acumulada durante la formación del universo.

Existe un acuerdo casi unánime a la hora de considerar que el hidrógeno será la fuente de energía del futuro, con lo que en el camino trazado por la humanidad en busca de fuentes energéticas, se habrá pasado de la energía acumulada en épocas recientes a la energía originada con la formación del universo y los hombres se habrán remontado hasta el principio del tiempo en busca de energía.

El hidrógeno, la fuente de energía alternativa del siglo XXI

En nuestros días, existen numerosos proyectos de investigación que pretenden aprovechar la energía del hidrógeno e, incluso, diversos especialistas afirman que la economía se debe sustentar en tecnologías basadas en dicho elemento.

Existe una gran preocupación en el mundo económico, político y empresarial, debido a que la principal fuente energética actual, el petróleo, tiene los días contados. Sin esta materia prima no será posible producir electricidad ni los medios de automoción tendrán combustible, entre muchas otras cosas.

Por otra parte, el petróleo y los combustibles fósiles en general liberan monóxido y dióxido de carbono, agentes dañinos para la atmósfera, puesto que son causantes del efecto invernadero y su combustión produce sustancias altamente tóxicas.

El hidrógeno, por tanto, aparece como la tabla de salvación tanto del clima como de la economía y es el sustituto energético en el que los especialistas depositan más esperanzas.

Pero, aunque todo el mundo está de acuerdo en que el hidrógeno será la fuente energética del futuro, también se reconoce que no existen minas de hidrógeno, sólo es posible obtener hidrógeno a partir de dos fuentes: el agua y los hidrocarburos mediante procesos que exigen una inversión de energía. Además, la extracción de hidrógeno a partir de hidrocarburos no representa una alternativa razonable al petróleo en la medida en que se están agotando y producen dióxido de carbono.

La obtención de hidrógeno como fuente de energía es un proyecto de resultado incierto y, en todo caso, las previsiones más optimistas consideran que habrá que esperar a mediados del siglo XXI para que pueda tener un efecto positivo en el mundo de la energía porque la economía del hidrógeno solo podrá existir si se encuentran formas baratas y sencillas de producir hidrógeno.

El hidrógeno como elemento

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo: el 60% de la materia está constituida por él y, además, el resto de elementos se han formado, también, a partir de él.

Los átomos de hidrógeno más comunes se denominan “protios” y están formados por un electrón (partícula de carga eléctrica negativa que gira alrededor del núcleo del átomo) y un protón (partícula de carga eléctrica positiva que se encuentra en el núcleo). Cuando en el núcleo hay, además, un neutrón, el átomo recibe el nombre de “deuterio”. Y si el núcleo tiene dos neutrones, se le llama “tritio”.

En la Tierra el hidrógeno no se encuentra en estado libre, sino que aparece asociado formando moléculas más grandes, debido a que es muy reactivo. El agua o los hidrocarburos son dos ejemplos de sustancias que contienen hidrógeno y que, por tanto, permiten obtener dicho elemento.

Durante la Revolución Industrial, un descubrimiento, la maquina de vapor, transformó la sociedad

Durante la Revolución Industrial se produjo un descubrimiento que transformaría las formas de vida de la sociedad: la máquina de vapor, caracterizada por convertir el calor en trabajo gracias al movimiento de unos émbolos que se movían por el vapor generado al quemar un carburante y que se aprovechaba para poner en marcha tanto fábricas como trenes.

El calor dejó de ser, de este modo, un fin en sí mismo y se convirtió en un medio para generar trabajo. La fuentes de energía en las que se ha basado la industrialización han sido el carbón, el petróleo o el gas natural. Todos ellos son unos recursos que se generaron hace miles de años a partir de restos de organismos vivos, sobre todo de plancton.

En el siglo XX se descubrió una fuente energética aún más provechosa que las antes citadas, aunque ha sido muy discutida y polémica, basada en el proceso de fisión nuclear de átomos de uranio y que sirve para poner en marcha las centrales nucleares.

El uranio es un elemento que se forma, como la mayoría de elementos, en las estrellas. Tras explotar, los elementos que contiene se dispersan a su alrededor para dar lugar a planetas y asteroides. De este modo se formaron el Sistema Solar y la Tierra. El uso del uranio hace necesario recurrir, por tanto, a un tipo de energía que se acumuló durante la formación de la Tierra, hace más de cuatro mil millones de años. Utilizar la energía atómica equivale a escarbar en el pasado para satisfacer las necesidades energéticas del presente.

Fusión nuclear para generar energía

Uno de los proyectos para generar energía en los que se depositan más esperanzas, aunque no hay garantías de que tenga éxito, es el de la fusión del hidrógeno.

La fusión es el proceso en el que dos núcleos atómicos ligeros se unen para producir un núcleo más pesado. La fusión del hidrógeno es el proceso en el que dos núcleos atómicos de hidrógeno, cada uno con un solo protón, se unen. En la unión se forma un átomo de dos protones que es propio de los átomos de helio. El átomo de helio pesa menos que la suma de los dos átomos de hidrógeno por separado, pero la masa restante no ha desaparecido, sino que se ha convertido en energía.

Las bombas de hidrógeno, que se lanzaron de forma experimental por vez primera en 1952, ya utilizaban la descomunal energía que proporciona la fusión con fines destructivos y de forma descontrolada.

Los experimentos para lograr la fusión de los átomos de hidrógeno de forma controlada y beneficiosa como fuente energética no han dado frutos, a pesar de las elevadas inversiones y de la dedicación de numerosos científicos. En el siglo XX, tanto Estados Unidos como Gran Bretaña desarrollaron programas de investigación que produjeron energía mediante fusión nuclear, aunque solo durante un segundo y con un saldo energético negativo, debido a que se usó más energía para provocar la fusión de la que posteriormente se obtuvo como resultado de dicho proceso.

A pesar de estos fracasos, un nutrido número de países inició, en la década de los noventa, un nuevo plan para desarrollar la energía de fusión. Este plan tiene diferentes etapas, entre las que se encuentra el proyecto ITER (en español Reactor Termonuclear Experimental Internacional), consistente en la construcción de un reactor capaz de producir energía por fusión. La información recabada durante este experimento ha de permitir la construcción de un reactor de demostración de fusión (conocido como DEMO) para mediados del siglo XXI. Esta será una de las últimas fases para el desarrollo de un reactor susceptible de comercializarse. De momento, la construcción del ITER ha sufrido serios contratiempos que han impedido su puesta en marcha.

Formas de conseguir hidrógeno

El sistema más utilizado para obtener hidrógeno a principios del siglo XXI es la llamada técnica de cracking, que es un proceso mediante el cual se escinden, por calor y presión, las cadenas moleculares de los componentes del petróleo para obtener productos más ligeros.

El hidrógeno se obtiene sobre todo a partir de gas natural, pero con el inconveniente de que entre los residuos que produce esta técnica se encuentran el monóxido y el dióxido de carbono. Además, la producción de gas natural tocará techo pocos años después que la del petróleo, por lo que no representa una alternativa razonable.

La electrólisis es uno de los métodos más sencillos para producir hidrógeno. Este proceso consiste en utilizar la corriente eléctrica para romper la molécula de agua y, de este modo, obtener hidrógeno, por un lado, y oxígeno, por otro.

A finales de 2004 se anunció que científicos estadounidenses habían mejorado la eficiencia de este método, usando agua a elevadas temperaturas. Es un método que puede funcionar en combinación con reactores nucleares, en los que se usa una gran cantidad de agua para refrigerar.

Se está estudiando el uso de fuentes energéticas alternativas como la solar o la eólica para producir la energía necesaria que permita la electrólisis. De momento, las técnicas utilizadas son muy caras, pero se piensa que cuando su uso se generalice van a disminuir los costes de las células fotovoltaicas o de los aerogeneradores.

Pilas de combustible no contaminantes

La liberación de la dependencia respecto a los combustibles fósiles solo se hará efectiva si se desarrollan aparatos tecnológicos que funcionen con otras sustancias.

En este sentido, varias empresas automovilísticas de todo el mundo, como Toyota, General Motors, BMW o Hyundai, entre otras, han presentado, a principios del siglo XXI, coches basados en el hidrógeno. Los dispositivos tecnológicos utilizados en estos coches funcionan como los aparatos de pilas, pero en este caso las pilas se denominan “pilas de combustible” y funcionan con hidrógeno. Fueron usados por primera vez en el proyecto Apolo que llevó al hombre a la Luna y, posteriormente, en el proyecto espacial Gemini.

El principio en el que se basan todas las pilas de combustible consiste en aprovechar la corriente eléctrica producida a partir de dos sustancias, una de las cuales tiende a rechazar los electrones que posee, mientras que la otra tiende a atraer los que le faltan. Uniendo mediante un conductor ambas sustancias se logra una corriente de electrones y, por tanto, electricidad. Es como crear un salto de agua en el que la corriente está formada por electrones que se ven abocados al abismo.

En las pilas de combustible, la electricidad se genera directamente por combinación química y entre los productos de la reacción se obtiene agua por combinación del hidrógeno y el oxígeno. El hidrógeno se aplica sobre el electrodo negativo, mientras que el oxígeno contenido en el aire que es aspirado desde el exterior a través de un conducto se aplica sobre el positivo. Un electrolito permite el paso únicamente de iones positivos de hidrógeno (es decir, del núcleo atómico sin los electrones). Los electrones, al no poder atravesar el electrolito, se ven obligados a dirigirse hacia un cátodo a través de un circuito externo. Con este proceso se produce la energía eléctrica que permitirá impulsar el coche mediante un circuito eléctrico. Mientras tanto, en el electrodo positivo se reduce el oxígeno, lo que hace que se produzca agua.

Los motores de combustión interna queman el combustible y la energía calorífica generada se aprovecha para mover los pistones que pondrán en marcha al automóvil. De esta forma, la mayor parte de la energía se disipa en forma de calor y no se aprovecha para generar trabajo. En cambio, las pilas de combustible transforman directamente la energía química en electricidad, por lo que el rendimiento del motor es mucho mayor. El hidrógeno emite vapor de agua, una sustancia no contaminante, mientras que los mecanismos accionados por combustibles fósiles son contaminantes.

A través de las pilas de combustible se están desarrollando los nuevos usos del hidrógeno

Para que la economía se sustente en el hidrógeno, es necesario, en primera instancia, desarrollar tecnología que pueda funcionar con dicha sustancia.

En este sentido, las pilas de combustible son, desde hace décadas, el mecanismo alrededor del que se están desarrollando los nuevos usos del hidrógeno. La aplicación más espectacular del hidrógeno se encuentra, sin duda, en los nuevos prototipos de coches que marcas europeas, japonesas y estadounidenses han presentado en público. La generalización de este tipo de coches precisará la creación de una red de distribución de hidrógeno mediante hidrogeneras (estaciones de servicio parecidas a las gasolineras, pero que suministrarán hidrógeno). No obstante, estas infraestructuras se topan con serias dificultades, como es la inflamabilidad del hidrógeno, que puede convertir cualquier depósito en una potente bomba.

En segundo lugar, resulta necesario encontrar fuentes de hidrógeno, puesto que se trata de un gas que no se encuentra de forma libre en la Tierra.

A pesar de ser la sustancia más común del universo, los lugares más cercanos a la Tierra donde existen importantes cantidades de hidrógeno en estado puro son Júpiter y el Sol, que se encuentran lo suficientemente lejos como para que no sean tenidos en cuenta como alternativas viables para extraer dicha sustancia. La única solución consiste en obtener el hidrógeno a partir de los combustibles fósiles y del agua, lo que exige la utilización de determinadas fuentes energéticas.