El biohidrógeno, como fuente de energía alternativa

El uso de energías no contaminantes y renovables es una extrema necesidad para la humanidad que todos conocemos y también sabemos que existen algunos de estos tipos de energía que se están aplicando de manera comercial. Desde épocas remotas se vienen utilizando las corrientes de los ríos o el agua embalsada, el viento para extraer agua y últimamente ya se ha generalizando el uso de la energía eólica y la energía solar para producir energía eléctrica.

Una de estas energías alternativas sobre la que se está investigando es el hidrógeno, que cuanta con todas las posibilidades de ser el combustible del futuro que reemplace a los combustibles fósiles.

El hidrógeno como combustible no genera emisiones contaminantes durante su combustión, posee un elevado poder calorífico y es utilizable en los sistemas de combustión habituales actualmente conocidos. Y una cuestión no menor, es que se obtiene del agua, con todos los océanos a disposición para su extracción.

Para conocer mejor al hidrógeno, veamos comparativamente algunos ejemplos de poder calorífico de combustibles:

  • Paja seca de trigo: 12.500 kJ/kg
  • Madera seca: 19.000 kJ/kg
  • Papel: 17.500 kJ/kg
  • Carbón hulla: 30.600 kJ/kg
  • Alcohol comercial: 27.000 kJ/kg
  • Metanol: 19.250 kJ/kg
  • Aceite de girasol: 37.000 kJ/kg
  • Petróleo bruto: 41.000 kJ/kg
  • Gasolina, nafta: 43.950 kJ/kg
  • Gasóleo, gasoil, : 42.000 kJ/kg
  • Querosén: 43.400 kJ/kg
  • Gas natural: 34.000 kJ/kg
  • Hidrógeno: 120.000 kJ/kg

O sea que el hidrógeno posee 2,85 veces más poder calorífico que el gasóleo; 2,7 veces más que la gasolina y 3,5 veces más que el gas natural.

Por el momento, para obtener comercialmente hidrógeno puro se trabaja con el proceso de electrólisis o bien se lo extrae del gas natural o del carbón. Estos últimos sistemas no son sustentables y la electrólisis no es barata. La misma ya se viene utilizando desde hace más de 80 años.

La característica de la molécula del hidrógeno hace que tenga dificultades para su almacenamiento, por lo que en general se obtiene en el lugar y en el momento que se lo necesita.

La electrólisis es la aplicación de una corriente eléctrica continua a una solución acuosa mediante un par de electrodos: ánodo (+) y cátodo (-). Los iones negativos (oxígeno) se desplazan hacia el ánodo, mientras que los iones positivos (hidrógeno) son atraídos por el cátodo.

O sea que es un proceso de transformaciones químicas gracias a la contribución de la energía eléctrica; por lo que, de alguna manera, se debe interpretar que se trata de una conversión de energía eléctrica a energía química. Como se sabe, los procesos de transformación de un tipo de energía a otro tipo de energía pueden ser rentables si la energía fuente carece de valor en sí misma. Por ejemplo: la energía eólica, la energía solar, las corrientes de los ríos, etc., donde estas energías valen por lo que vale la energía eléctrica que de las mismas se produce. O valen lo que vale el agua que con las mismas se extrae.

Una de las formas en que se utilizaría el hidrógeno en los medios de transporte, o en otras aplicaciones, es mediante las denominadas pilas, celdas o células de combustible. Son un dispositivo electroquímico de conversión de energía para producir energía eléctrica, donde los reactivos consumidos son reabastecidos. La electricidad se produce como una reacción química de dos elementos: hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo.

Ya existen vehículos movidos por energía eléctrica obtenida con este sistema.

Otra forma de utilizarlo en los vehículos es como actualmente se emplean los combustibles líquidos o el gas natural: mediante motores a explosión.

Una manera que permite solucionar la falta de energía eléctrica por la noche cuando se emplea energía solar para generarla o en momentos de falta de viento cuando se trabaja con energía eólica, es utilizar un sistema donde la energía solar o eólica generan la corriente que permite la electrolisis que produce el hidrógeno, el cual se almacena en un tanque en forma líquida a presión. Este combustible luego se utiliza de noche o cuando no hay viento según el caso, mediante una celda de combustible de hidrógeno para proporcionar energía eléctrica; por ejemplo, para fines residenciales.

Pero para generalizar su uso, el problema sigue siendo cómo se obtiene un hidrógeno puro de bajo precio de venta.

En consecuencia, una de las líneas de investigación es buscar el abaratamiento de la producción de hidrógeno a partir de energías como la eólica o la solar, generando electricidad en el mismo lugar en que se realiza la hidrólisis, con el único objeto de servir al aprovechamiento inmediato del hidrógeno.

Al mismo tiempo, existe otra línea de investigación sobre la que se está trabajando intensamente y es la extracción del hidrógeno de la biomasa, y en principio parece que tendría aceptables perspectivas económicas. Los principales países desarrollados (la UE, Estados Unidos y Japón) están realizando importantes inversiones en estas investigaciones, aunque es poco lo que se conoce sobre los resultados pese a que ya se han registrado en el mundo unas 3200 solicitudes de patentes para la extracción del hidrógeno de la biomasa o procedimientos relacionados.

Si bien son numerosas las patentes de invención registradas, no se han difundido resultados públicos confiables de proyectos demostrativos o prototipos que permitan extraer datos para el largo plazo. La explicación es sencilla. Está en juego un gran negocio como para regalar este tipo de información. Y todavía mucho más, si pensamos que el país o grupo de países que logren dominar la producción de hidrógeno a costos razonables tendrán la llave para dominar a muchos otros países.

El hidrógeno se extrae de la biomasa mediante procesos de tipo biológico (digestión anaeróbica, fermentación y procesos metabólicos tales como los fotobiológicos) o bien, mediante procesos termoquímicos (gasificación y pirólisis).

Hoy en día el sistema más estudiado es la gasificación de la biomasa, seguido por un proceso de limpieza del gas obtenido.

En las investigaciones, la biomasa utilizada incluye todas las especies vegetales, plantas herbáceas y leñosas, ya que lo importante es la materia lignocelulósica que contiene la materia orgánica. Se experimenta tanto con residuos de procesos agroindustriales como plantaciones especiales para la cosecha de biomasa. Sin embargo, la línea de acción que parecería tener mejores posibilidades económicas es el uso de residuos orgánicos agroalimentarios.

A los residuos se les aplica la llamada fermentación oscura, que permite obtener biohidrógeno como subproducto final de la conversión anaerobia de la materia orgánica. De esta fermentación se obtendría en primer término el biohidrógeno y luego, mediante otro tipo de fermentación se obtendría biogás; por lo que, en su conjunto, parecería que la operación podría ser rentable.

Y vemos como la necesidad de contar con energía barata y amigable con el medio ambiente nos puede traer una solución a otro problema que afecta al medio ambiente, como es el caso de los residuos agroindustriales. Residuos como el orujo proveniente de la elaboración del vino o de otros zumos de frutas, el suero de leche derivado de la fabricación de quesos, el orujo como residuo de la extracción de aceite de la aceituna, las virutas de aserradero, etc. podrían ser fácilmente eliminados y brindar al mismo tiempo un ingreso a los productores.

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