{"id":132064,"date":"2013-05-23T07:00:58","date_gmt":"2013-05-23T06:00:58","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=132064"},"modified":"2013-05-22T08:46:13","modified_gmt":"2013-05-22T07:46:13","slug":"obstaculos-que-aun-debe-superar-el-hidrogeno-para-consolidarse-como-combustible-habitual-en-motores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2013\/05\/23\/132064","title":{"rendered":"Obst\u00e1culos que a\u00fan debe superar el hidr\u00f3geno para consolidarse como combustible habitual en motores"},"content":{"rendered":"<p><em>El empleo de hidr\u00f3geno como combustible en motores es ya una tecnolog\u00eda totalmente viable, robusta y con ventajas ambientales evidentes. \u00bfPor qu\u00e9 no se hace entonces un uso generalizado del mismo? La clave a esta pregunta parece encontrarse en la dificultad actual de asegurar un suministro adecuado del mismo a precios econ\u00f3micos.<\/em><\/p>\n<p><strong>[Autora: Pilar Orihuela-INTA]<\/strong><\/p>\n<p>El uso de hidr\u00f3geno como combustible en motores tiene dos ventajas evidentes. En primer lugar, el hidr\u00f3geno puede considerarse un combustible pr\u00e1cticamente limpio, ya que, exceptuando los \u00f3xidos de nitr\u00f3geno que pueden generarse a muy alta temperatura, las emisiones de CO y CO<sub>2<\/sub> son despreciables. Y en segundo lugar, los motores de combusti\u00f3n son una tecnolog\u00eda ampliamente desarrollada y robusta. Adecuando las condiciones de operaci\u00f3n del motor a las particularidades combustibles del hidr\u00f3geno, es posible obtener potencia mec\u00e1nica o el\u00e9ctrica con total fiabilidad.<\/p>\n<p>\u00bfPor qu\u00e9 no se hace entonces un uso generalizado del mismo?<\/p>\n<p>El presente art\u00edculo muestra algunos de los factores que dificultan la consolidaci\u00f3n del hidr\u00f3geno como combustible en motores. La mayor\u00eda de estos factores son salvables con mayor o menor dificultad. Pero hay dos obst\u00e1culos fundamentales que impiden a d\u00eda de hoy la implantaci\u00f3n de una econom\u00eda basada en el hidr\u00f3geno: (i) la dificultad de producir un hidr\u00f3geno barato y limpio, y (ii) la inexistencia de una red general de distribuci\u00f3n para el mismo.<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Infraestructura de producci\u00f3n, transporte y almacenamiento. <\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<p>A d\u00eda de hoy, uno de los principales obst\u00e1culos que se encuentra la implantaci\u00f3n de la llamada econom\u00eda del hidr\u00f3geno es la inexistencia de una infraestructura de producci\u00f3n, transporte y almacenamiento de hidr\u00f3geno.<\/p>\n<p>El hecho de que no exista el hidr\u00f3geno tal cual en la naturaleza y que haya que fabricarlo, ya supone de por s\u00ed un inconveniente, ya que rivaliza con la disponibilidad y la abundancia de sus competidores, los combustibles f\u00f3siles. No obstante, se conocen a d\u00eda de hoy varios m\u00e9todos que permiten producir hidr\u00f3geno f\u00e1cilmente, a un coste razonable, y sobre todo, con un mayor control de las emisiones.<\/p>\n<p>Las t\u00e9cnicas de reformado con vapor de gas natural o de gasificaci\u00f3n del carb\u00f3n, son t\u00e9cnicas relativamente probadas y baratas. Siempre a\u00f1aden un sobrecoste al precio de adquisici\u00f3n del combustible de partida, pero el CO<sub>2<\/sub> que inevitablemente se genera de la descomposici\u00f3n del hidrocarburo, es emitido de forma centralizada con lo que es m\u00e1s f\u00e1cil de separar y gestionar. En el caso de gasificar biomasa, el proceso resulta a\u00fan mucho m\u00e1s limpio.<\/p>\n<p>La electrolisis se basa en la descomposici\u00f3n del agua por aplicaci\u00f3n de una corriente el\u00e9ctrica. Si el hidr\u00f3geno obtenido mediante esta t\u00e9cnica va a ser empleado a su vez para generaci\u00f3n de electricidad, el proceso global es redundante y menos eficiente. Sin embargo, su empleo no carece de sentido dadas las ventajas que presenta el hidr\u00f3geno como vector energ\u00e9tico en comparaci\u00f3n con la electricidad y porque, adem\u00e1s, el hidr\u00f3geno puede emplearse en otras aplicaciones finales, como por ejemplo la propulsi\u00f3n de veh\u00edculos. El hidr\u00f3geno producido por electrolisis es tan limpio como lo sea la electricidad empleada para su fabricaci\u00f3n; si el origen de la electricidad empleada para el proceso es renovable, el hidr\u00f3geno se estar\u00e1 produciendo con muy bajas emisiones de gases de efecto invernadero.<\/p>\n<p>La descomposici\u00f3n termoqu\u00edmica del agua consiste en aprovechar las elevadas temperaturas de los reactores nucleares o de los concentradores solares para producir hidr\u00f3geno de la descomposici\u00f3n del agua. Se trata de uno de los procesos de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno m\u00e1s limpios que existen. Y en el caso concreto de emplear un reactor nuclear, dado que se est\u00e1 aprovechando un calor residual de la planta, el coste asociado a la producci\u00f3n del hidr\u00f3geno es muy bajo.<\/p>\n<p>Tambi\u00e9n resultan muy limpios los procesos fotoelectroqu\u00edmicos o fotobiol\u00f3gicos, los cuales consisten en producir hidr\u00f3geno por procesos metab\u00f3licos de bacterias o algas a partir de la luz solar. Sin embargo, estos procesos se encuentran aun en un estado de desarrollo m\u00e1s incipiente.<\/p>\n<p>Cada uno de estos m\u00e9todos lleva asociada una huella del carbono. Para que el uso de hidr\u00f3geno en motores sea competitivo es necesario mejorar los m\u00e9todos de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno: reducir los costes y reducir las emisiones asociadas de gases de efecto invernadero. Para lograr implantar de lleno una econom\u00eda basada en el hidr\u00f3geno es indispensable sustituir las actuales fuentes energ\u00e9ticas de producci\u00f3n del hidr\u00f3geno por otras de origen totalmente renovable.<\/p>\n<p>Otro de los obst\u00e1culos que dificultan el uso generalizado de hidr\u00f3geno en motores es su transporte y distribuci\u00f3n. Como el hidr\u00f3geno tiene menos energ\u00eda por unidad de volumen, los<\/p>\n<p>costes de distribuci\u00f3n son m\u00e1s altos que los de la gasolina o el gas\u00f3leo. Actualmente, la mayor parte del hidr\u00f3geno se produce in-situ o cerca del punto de consumo, generalmente en grandes plantas industriales; y la distribuci\u00f3n se hace por tuber\u00eda o por transporte terrestre (en tanques presurizados, o licuado). Sin embargo, la consolidaci\u00f3n del hidr\u00f3geno como combustible a nivel global, requerir\u00eda una red de transporte y distribuci\u00f3n mucho m\u00e1s amplia.<\/p>\n<p>La distribuci\u00f3n de hidr\u00f3geno por tuber\u00edas no resulta tecnol\u00f3gicamente muy compleja. El problema es que construir una red general de tuber\u00edas supone un desembolso inicial demasiado elevado. Una soluci\u00f3n inicial podr\u00eda ser producir el hidr\u00f3geno de forma regional o local. O tambi\u00e9n ir montando la infraestructura por fases, primero en n\u00facleos donde se concentra mucho la demanda, y luego expandi\u00e9ndola a otras \u00e1reas geogr\u00e1ficas.<\/p>\n<p>Otra opci\u00f3n que se est\u00e1 barajando es aprovechar la infraestructura de distribuci\u00f3n del gas natural, inyectando hidr\u00f3geno en los gasoductos y separ\u00e1ndolo del gas natural en el punto de destino. Un gaseoducto es capaz de transportar hasta un 20% en volumen de hidr\u00f3geno sin modificaciones sustanciales.<\/p>\n<p>Una ventaja del hidr\u00f3geno es que puede mezclarse con gas natural en cualquier proporci\u00f3n para usarlo en los motores como combustible. Esto facilita la introducci\u00f3n del hidr\u00f3geno en el mercado a corto plazo, ya que la falta de una infraestructura de distribuci\u00f3n puede ser compensada en parte con el uso de mezclas hidr\u00f3geno\/gas natural.<\/p>\n<p>El almacenamiento en s\u00ed del hidr\u00f3geno no supone especial inconveniente m\u00e1s que en aquellas aplicaciones donde el espacio est\u00e1 limitado. Es el caso del almacenamiento a bordo de veh\u00edculos. El uso de hidr\u00f3geno para propulsi\u00f3n de veh\u00edculos se enfrenta al problema de la autonom\u00eda. La baja densidad energ\u00e9tica del hidr\u00f3geno por unidad de volumen implica que hacen falta dep\u00f3sitos de combustible mucho m\u00e1s grandes para proporcionar la misma autonom\u00eda que los combustibles convencionales (gasolina o diesel). Las opciones hoy en d\u00eda son transportarlo presurizado, o transportarlo licuado; pero ambas opciones dificultan el repostaje y adem\u00e1s presentan problemas de seguridad que a\u00fan deben solventarse.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen14.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-medium wp-image-132067\" title=\"Imagen1\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen14-300x220.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"220\" srcset=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen14-300x220.png 300w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen14.png 340w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Figura 1. Tanque de almacenamiento de hidr\u00f3geno licuado de Linde<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Problemas asociados con la combusti\u00f3n.<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<p>El hidr\u00f3geno como combustible presenta varias particularidades que lo diferencian considerablemente de otros combustibles.<\/p>\n<p>El primer problema que surge al emplear hidr\u00f3geno en un motor de combusti\u00f3n interna, especialmente en motores alternativos, es la disminuci\u00f3n de la potencia. Por un lado, el contenido energ\u00e9tico por unidad de volumen del hidr\u00f3geno es inferior al de otros combustibles; y por otro lado, su baja densidad reduce el espacio disponible en el cilindro o en la c\u00e1mara de combusti\u00f3n para la entrada de aire. Con lo cual, el empleo de hidr\u00f3geno en un motor puede reducir su potencia hasta un 15%. Para evitar este problema, una soluci\u00f3n es inyectar el hidr\u00f3geno comprimido o l\u00edquido.<\/p>\n<p>Otro aspecto negativo del hidr\u00f3geno es su baja energ\u00eda de ignici\u00f3n, que hace que \u00e9ste sea propenso a autoencenderse. Cuando se usa en motores alternativos, la mera presencia de puntos calientes puede provocar el encendido prematuro de la mezcla antes de aplicar la chispa, lo que produce efectos de choque (golpeteo) y reduce la vida del motor. Existen varias formas de evitar este problema. Una forma es inyectar el hidr\u00f3geno l\u00edquido, ya que su baja temperatura previene la preignici\u00f3n. Otra ser\u00eda retrasar la inyecci\u00f3n del hidr\u00f3geno en el cilindro, o diluir la mezcla con gases del escape. En cualquier caso, conviene evitar los puntos calientes, ya sea empleando v\u00e1lvulas de escape refrigeradas, motores multiv\u00e1lvula, o cualquier otro sistema.<\/p>\n<p>El hidr\u00f3geno tambi\u00e9n tiene una distancia de apagado muy peque\u00f1a lo que obliga a usar recubrimientos t\u00e9rmicos superficiales. La peque\u00f1a distancia de apagado, junto con la baja energ\u00eda de ignici\u00f3n, favorecen adem\u00e1s el retroceso de llama, por lo que el control de llama tambi\u00e9n se vuelve un aspecto importante en la combusti\u00f3n del hidr\u00f3geno.<\/p>\n<p>En las turbinas de gas, un importante par\u00e1metro a controlar a la hora de quemar hidr\u00f3geno es la temperatura m\u00e1xima de llama. Para unas mismas condiciones de operaci\u00f3n, la temperatura de combusti\u00f3n del hidr\u00f3geno puede ser unos 125 \u00baCm\u00e1s elevada que la del gas natural. La temperatura de llama afecta de forma directa a la generaci\u00f3n de \u00f3xidos de nitr\u00f3geno; a partir de 1500 \u00baC, la formaci\u00f3n de NO<sub>x<\/sub> aumenta exponencialmente con la temperatura. Y adem\u00e1s, la exposici\u00f3n continuada a determinados niveles t\u00e9rmicos tambi\u00e9n puede da\u00f1ar los materiales de la turbina. El amplio rango de inflamabilidad del hidr\u00f3geno facilita el control t\u00e9rmico, ya que permite utilizar mezclas aire-combustible muy pobres para diluir la mezcla y reducir as\u00ed la temperatura de llama. Adem\u00e1s existen otras t\u00e9cnicas para el control de las emisiones, como la diluci\u00f3n con vapor o con nitr\u00f3geno.<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Producci\u00f3n masiva.<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<p>Por ser un combustible tan peculiar, la combusti\u00f3n de hidr\u00f3geno s\u00f3lo es beneficiosa bajo ciertas condiciones de operaci\u00f3n. En otras circunstancias, la combusti\u00f3n de hidr\u00f3geno presenta ciertos retos tecnol\u00f3gicos. Aun as\u00ed, los motores de gasolina son f\u00e1cilmente adaptables a la combusti\u00f3n de hidr\u00f3geno. Varios fabricantes como BMW, Ford, o Mazda, ya han demostrado la viabilidad de emplear hidr\u00f3geno como combustible para propulsi\u00f3n de veh\u00edculos, habiendo adaptado con<\/p>\n<p>\u00e9xito motores de gasolina a su uso con hidr\u00f3geno, y alcanzando ya eficiencias por encima del 40%.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen22.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-medium wp-image-132068\" title=\"Imagen2\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen22-300x88.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"88\" srcset=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen22-300x88.png 300w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen22.png 939w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Figura 2. Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid, y BMW Hydrogen 7<\/p>\n<p>Para que estos veh\u00edculos propulsados con motores de combusti\u00f3n de hidr\u00f3geno sean competitivos s\u00f3lo es necesario que comiencen a fabricarse de forma masiva, ya que tecnol\u00f3gicamente no presentan especial complejidad.<\/p>\n<p>El desarrollo de turbinas de gas alimentadas con hidr\u00f3geno no est\u00e1 tan avanzado pero tambi\u00e9n existen varios fabricantes como General Electric o Siemens que han adaptado algunos de sus modelos al uso de hidr\u00f3geno, obteniendo motores de suficiente fiabilidad y robustez.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen3.jpg\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-medium wp-image-132069\" title=\"Imagen3\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen3-300x142.jpg\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"142\" srcset=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen3-300x142.jpg 300w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2013\/05\/Imagen3.jpg 621w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Figura 3. Turbina de gas 7FA de General Electric, capaz de quemar hidr\u00f3geno.<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Seguridad y aceptaci\u00f3n social.<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<p>La seguridad en la implantaci\u00f3n del hidr\u00f3geno como combustible es un tema que preocupa, sobre todo en su aplicaci\u00f3n a veh\u00edculos. El hidr\u00f3geno es un gas incoloro e inodoro, dif\u00edcilmente detectable por los sentidos humanos. Adem\u00e1s, su amplio rango de inflamabilidad y su baja energ\u00eda de ignici\u00f3n, favorecen la aparici\u00f3n de incendios. Los actuales sistemas de transporte y almacenamiento de hidr\u00f3geno ya disponen de estrictos medios de seguridad para controlar estos aspectos, sin embargo, a\u00fan existe cierto rechazo social hacia el hidr\u00f3geno. Para poder consolidar el hidr\u00f3geno como combustible es necesario favorecer la aceptaci\u00f3n social del mismo, informando del estricto control de seguridad que existe, y educando en las importantes ventajas medioambientales de su uso.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>El empleo de hidr\u00f3geno como combustible en motores es ya una tecnolog\u00eda totalmente viable, robusta y con ventajas ambientales evidentes. \u00bfPor qu\u00e9 no se hace entonces un uso generalizado del mismo? La clave a esta pregunta parece encontrarse en la dificultad actual de asegurar un suministro adecuado del mismo a precios econ\u00f3micos. [Autora: Pilar Orihuela-INTA] El uso de hidr\u00f3geno como combustible en motores tiene dos ventajas evidentes. En primer lugar, el hidr\u00f3geno puede considerarse un combustible pr\u00e1cticamente limpio, ya que, exceptuando los \u00f3xidos de nitr\u00f3geno que pueden generarse a muy alta temperatura, las emisiones de CO y CO2 son despreciables.\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[545,543,1,546],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132064"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=132064"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132064\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":132073,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132064\/revisions\/132073"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=132064"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=132064"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=132064"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}