Uno de esos métodos consiste en desarrollar electrólisis con agua aprovechando la electricidad procedente de la batería del automóvil, meter el gas de Hidrógeno mediante una manguera al carburador para que sea quemado junto con la gasolina en la cámara de combustión del motor del auto.
En general, se le llama electrólisis al proceso que consiste en separar un compuesto en los elementos que lo forman mediante un procedimiento que consiste en aplicarle una corriente eléctrica. Para poderlo hacerlo, es necesario que el compuesto que será separado se encuentre en estado líquido.
Este gas de Hidrógeno está ligeramente contaminado con un porcentaje relativamente pequeño de moléculas de Oxígeno que también logran salir mezcladas con las de Hidrógeno, debido a que siguiendo la ley de velocidades de Maxwell, siempre hay una cantidad de moléculas de un gas que se mueven mucho más rápido que la velocidad promedio de ellas. Suele llamársele gas Brown, porque así lo bautizo Yull Brown, un técnico en electricidad originario de Bulgaria que emigró a Australia, donde conoció el procedimiento de electrólisis y se dedicó a popularizarlo como un descubrimiento propio después de 1977. En realidad, existe una patente de William A. Rhodes, del 26 de julio de 1966, con número 3,262,872, en la que se describe el proceso de generación de estos gases. Se titula “Aparato para la producción electrolítica de Hidrógeno y Oxígeno y para el uso y consumo seguros”.
Lo que haremos ahora es explicar las bases físicas y químicas de ese proceso, mencionar algunas de las críticas al mismo, evaluar brevemente la situación para dar un punto de vista, y por último, explicar cómo algunos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts han dado una orientación ligeramente distinta al aprovechamiento del gas que resulta de la electrólisis del agua.
Bases físicas y químicas
Las reacciones químicas pueden clasificarse en endotérmicas y exotérmicas. Las primeras de ellas absorben energía del medio ambiente, mientras que las segundas desprenden energía hacia el medio ambiente.
La variable física que se usa para clasificar estas reacciones se llama entalpía y es útil porque nos dice la cantidad de calor transferido cuando se trata de procesos físicos que ocurren a presión constante. En las reacciones químicas es de mucha utilidad porque éstas ocurren a presión atmosférica, que no cambia apreciablemente durante el tiempo que dura una reacción química.
La entalpía se mide en Joules, igual que la energía, y se utiliza la convención de que la entalpía es negativa cuando la reacción química desprende energía (reacciones químicas exotérmicas). En cambio, la entalpía es positiva si las reacciones químicas absorben energía (endotérmicas).
Para descomponer agua (H2O) en sus dos componentes: Hidrógeno y Oxígeno, se puede colocar agua en un recipiente que tiene dos placas metálicas separadas y conectadas a una fuente de corriente eléctrica continua, por ejemplo una batería de automóvil. Al hacer pasar la corriente a través del agua, ésta recibe energía (entalpía positiva) y forma burbujas de gas de Hidrógeno y de gas de Oxígeno.
Como el gas de Hidrógeno es más liviano que el oxígeno y que el aire de la atmósfera, la colocación de un tubo de salida hacia arriba hace que el hidrógeno suba contra la gravedad y viaje a través de una manguera. En cambio, el Oxígeno es más pesado y puede salir casi todo a través de un tubo lateral y colocado hacia abajo.
El procedimiento de electrólisis consume mucha energía, pues para descomponer 18 gramos de agua se necesita una corriente de 60 amperes durante 26.6 segundos (casi medio minuto). Con eso se dispone de 22.4 litros de Hidrógeno y 11.2 litros de Oxígeno a presión atmosférica.
Para darnos una idea de la magnitud de esos 60 amperes, podemos mencionar que un aparato de refrigeración central capaz de mantenernos confortables en verano en una casa de tres recámaras gasta aproximadamente 30 amperes de corriente (la mitad). Si se guardan por separado el oxígeno y el hidrógeno para combinarlos de nuevo, la energía invertida en separar el hidrógeno del oxígeno podrá recuperarse después parcialmente, pues siempre hay pérdidas porque se escapa calor al medio ambiente. Como veremos en un ejemplo después, esa energía es lo suficientemente grande como para mover a más de 70 kilómetros por hora un automóvil suru de una tonelada de peso.
El Hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica y tiene un protón en el núcleo más un electrón en su periferia. En la tabla periódica se le coloca en la columna izquierda, arriba de los metales, pero no presenta la característica de ceder fácilmente su electrón, como sí lo hacen los metales. El Hidrógeno puede ser metal a presiones extremadamente altas, por eso se piensa que alrededor del núcleo rocoso de Júpiter existe una capa de Hidrógeno metálico. Para nosotros, lo más importante es que se trata de un gas que al reaccionar con el Oxígeno produce una reacción química exotérmica, con una entalpía de -571.7 kiloJoules por cada dos moles de Hidrógeno, que pueden aprovecharse para la combustión interna en motores. Ese es el tema del que nos habló David Contreras, en el programa Palabra en Movimiento, el 3 de marzo de 2010.
Pero antes de continuar cabe una pregunta ¿cuánto son dos moles de hidrógeno? Podemos decir que estos caben en una caja cúbica de 37 centímetros por arista, a la presión atmosférica, a una temperatura de 27 grados centígrados. Su masa es precisamente 2 gramos.
¿Cuánta energía es 572 kiloJoules?
Supongamos un automóvil tsuru cuya masa son aproximadamente 1 000 kilogramos, que se mueve a una velocidad de 72 kilómetros por hora. Estos son 20 metros por segundo. Si aplicamos la fórmula de la energía cinética, encontraremos que en su movimiento lleva una energía de 200 kiloJoules, que es apenas el 35% de la energía proporcionada por un mol de gas de Hidrógeno. La conclusión es que aún considerando las pérdidas de energía que se desprende como calor hacia el medio ambiente, efectivamente, es posible pensar en motores de automóvil que funcionen a base de Hidrógeno.
¿Entonces por qué no usamos Hidrógeno en lugar de gasolina?
Aparte de los intereses económicos de las empresas fabricantes de gasolinas, la obtención del Hidrógeno es cara hasta ahora. Por ejemplo, obtenerlo de la electrólisis del agua es impráctico porque en las pérdidas naturales en los procesos de reacción se pierden porciones importantes en forma de calor. En cambio, si se trata de aprovechar la energía de la batería, que se usa muy poco cuando los autos están en movimiento, se dispone de una fuente extra en la que ya invertimos dinero para generar una energía que va almacenada sin usarse. Éste es un tema que necesita un análisis cuidadoso mediante mediciones especializadas para obtener conclusiones precisas.
Cabe agregar que su manejo casero puede constituir un peligro, pues según el libro “Química la Ciencia Central”, de Theodore Brown, Eugen LeMay, Bruce Bursten y Julia Burdge, pag. 166, la explosión del transbordador espacial Challenger, en febrero de 1986, así como la del dirigible Hindenburg en mayo de 1937, se debieron a la combustión del gas de Hidrógeno.
Hay otras posibilidades para obtener gas de Hidrógeno y almacenarlo. Haciendo hidrólisis a partir de metano (CH4), de metanol (CH3OH), de etanol (CH3CH2OH), o de Nafta, también conocida como éter de petróleo y que en realidad es una combinación de vario hidrocarburos que aparecen en la destilación de petróleo crudo.
El Hidrógeno tiene la ventaja de que es fácilmente transportable a través de tuberías y puede ser de uso directo en quemadores o motores para producir calor mediante una combustión limpia porque genera vapor de agua. También puede ser fácilmente almacenable como gas a altas presiones, como líquido a temperaturas muy bajas: -253 grados Celsius. Además, hay desarrollos modernos para almacenarlo en estructuras sólidas hechas de nanotubos de carbono.
El gas de Hidrógeno como almacén de energía
En particular, el boletín del 31 de julio de 2008 de la oficina de noticias del Instituto Tecnológico de Massachusetts, a cargo de Anne Trafton, afirma que investigadores de esa institución han hecho un descubrimiento muy importante: utilizar energía solar para producir electricidad, usarla para producir electrólisis y almacenar esa energía como gas de Hidrógeno. La idea del investigador Daniel Nocera es descomponer agua para producir gases de Oxígeno y de Hidrógeno y recombinarlos después, cuando la luz del sol ya no está presente. De hecho, Daniel Nocera ha fundado su propia empresa de investigación y desarrollo para encontrar aplicaciones a pequeña escala, pero muy numerosas. Su empresa se llama Sun Calytix y tiene financiamiento de un organismo llamado Polaris Venture.
Al parecer, la idea de Daniel Nocera es diseñar productos pequeños para un mercado de consumidores numéricamente muy considerable, de manera similar al desarrollo de estufas, refrigeradores, etcétera. En el Internet hay instructivos y organizaciones que promueven el uso del gas de Hidrógeno y se afirma también que existen empresas chinas que venden aparatos generadores de Hidrógeno. Como puede verse, el gas de Hidrógeno es una tecnología que tiene futuro y las investigaciones están avanzando en otros países, pero no en el nuestro.
Muy bueno el artículo, aunque hay un pequeño dato confuso, en cuanto utiliza como referencia de consumo de energía el Amper (Amperio) haciendo comparación con la corriente (Amperios ) que consume el sistema de refrigeración de una casa, esta relacion no tiene validez sino no se conoce la tensión con que es suministrada esa corriente. La energía es la integración de la potencia en el tiempo, y la potencia eléctrica es el producto de la tensión y la corriente. Aunque el electrolizador consuma el doble de la corriente que el aire acondicionado, la tension es totalmente diferente, y por consiguiente la energia consumida puede ser mucho menor en el electrolizador. La mejor variable electrica para hacer comparaciones entre dispositivos es la potencia (Vatios).
ResponderEliminarEste comentario está correcto en su exposición, pero yo sostengo que la comparación con base en el amperaje sí tiene validez porque se basa en que el voltaje promedio es el mismo y el tiempo considerado también. En detalle, se considera el promedio de la raíz cuadrada. El tiempo que se suele tomar es el de un periodo, que en América es 1/60 segundos. Si lo escribimos algebraicamente (solamente para simplificar) será: E=VIt, con E la energía, V el voltaje, I la corriente y t el tiempo. Si tengo V y t constantes, se puede usar el amperaje para comparar las energías consumidas. De hecho, se acostumbra proceder así en las aplicaciones cotidianas.
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