El hidrógeno químicamente unido se encuentra en todas partes de la Tierra: en el agua, los combustibles fósiles y todos los seres vivos. Sin embargo, rara vez existe en la naturaleza flotando libremente. En cambio, tiene que ser extraído del agua o de los hidrocarburos.
Hoy en día, casi la mitad del hidrógeno producido. en el mundo se deriva del gas natural a través de un proceso de reformado con vapor. El gas natural reacciona con el vapor en un convertidor catalítico. El proceso elimina los átomos de hidrógeno, dejando el dióxido de carbono como el subproducto y, desafortunadamente, lo libera a la atmósfera como un gas de calentamiento global.
El carbón también se puede reformar mediante gasificación para producir hidrógeno, pero esto es más caro que usar gas natural y también libera CO2, que los científicos esperan mantener en la tierra a través de un proceso llamado «secuestro de carbono». El hidrógeno también se puede procesar a partir de gasolina o metanol.
Otras formas de producir Combustible de Hidrógeno
Sin embargo, existe otra forma de producir hidrógeno sin utilizar combustibles fósiles en el proceso. Las fuentes de energía renovables (energía fotovoltaica, eólica, hidroeléctrica, geotérmica y biomasa) pueden aprovecharse para producir electricidad. La electricidad, a su vez, se puede usar, en un proceso llamado electrólisis, para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.
El hidrógeno se puede producir a partir de una variedad de fuentes, incluidos los combustibles fósiles; fuentes renovables como la eólica, solar o biomasa; reacciones termoquímicas que funcionan con calor nuclear o solar; y fotólisis solar o métodos biológicos.
Aunque el hidrógeno es un elemento abundante en el universo, no existe naturalmente en grandes cantidades o altas concentraciones en la Tierra; debe producirse a partir de otros compuestos como el agua, la biomasa o los combustibles fósiles. Varios métodos de producción tienen necesidades únicas en términos de fuentes de energía (por ejemplo, calor, luz, electricidad) y generar subproductos únicos o emisiones.
Combustible de Hidrógeno con el metano
La elaboración del metano a vapor representa el 95 por ciento del hidrógeno producido en países como los Estados Unidos. Este es un proceso catalítico que consiste en hacer reaccionar gas natural u otros hidrocarburos ligeros con vapor para producir una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono. Luego, la mezcla se separa para producir hidrógeno de alta pureza.
La oxidación como Combustible de Hidrógeno
La oxidación parcial de combustibles fósiles en grandes gasificadores es otro método de producción de hidrógeno térmico. Implica la reacción de un combustible con un suministro limitado de oxígeno para producir una mezcla de hidrógeno, que luego se purifica. La oxidación parcial se puede aplicar a una amplia gama de materias primas de hidrocarburos, incluidos gas natural, aceites pesados, biomasa sólida y carbón.
El hidrógeno también se puede producir al usar electricidad en los electrolizadores para extraer hidrógeno del agua.
¿De dónde viene el hidrógeno?
El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo, y es muy común en la Tierra. El hidrógeno es el más simple de los átomos, compuesto de un protón y un electrón. Pero el hidrógeno diatómico puro (H2), es el combustible que utilizan las pilas y no existe de forma natural. Debido a que el hidrógeno se combina fácilmente con otros elementos, es muy probable que lo encontremos químicamente unido en agua, biomasa o combustibles fósiles.
Para obtener el hidrógeno en una forma útil, debemos extraerlo de una de estas sustancias (por electrólisis, gas natural, fuentes de biomasa, mediante la fotoelectrólisis). Pero todos requieren energía.
La electrólisis consiste en pasar una corriente eléctrica a través de H2O para separarla en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). El gas hidrógeno se eleva desde el cátodo negativo y el gas oxígeno se acumula en el ánodo positivo. La electrólisis produce hidrógeno extremadamente puro, que es necesario para algunos tipos de celdas de combustible. Pero se requiere una cantidad significativa de electricidad para producir una cantidad utilizable de hidrógeno a partir de la electrólisis.
El hidrógeno también se puede extraer a partir de gas natural. Un proceso de dos pasos a temperaturas que alcanzan los 1100 ° C en presencia de un catalizador produce cuatro partes de hidrógeno de una parte de metano y dos partes de agua (CH4 + 2 H2O >>> 4 H2 + CO2).
Se puede extraer hidrógeno de Fuentes de biomasa ricas en hidrógeno como astillas de madera y residuos agrícolas. Cuando se calienta en una atmósfera controlada, la biomasa se convierte en gas de síntesis, que consiste principalmente en monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2).
La fotoelectrólisis utiliza la luz solar para dividir el agua en sus componentes a través de un sándwich de material semiconductor. Es más, o menos como sumergir una célula fotovoltaica en agua, donde la luz entrante estimula al semiconductor a dividir el H2O directamente en sus gases constituyentes.
