Hidrógeno

El hidrógeno (H2) es un elemento químico que, a pesar de la simplicidad en su composición, es uno de los más importantes en la vida.

Se calcula que 90% de los átomos del universo son de hidrógeno y dicho elemento representa el 75% de la materia del universo.

 

El hidrógeno se encuentra en forma abundante en nuestro planeta Tierra en combinación con otros elementos, tales como el oxígeno (O2) y el carbono (C2), sin embargo, para obtenerlo en forma individual, se requiere de un proceso químico para separarlo adecuadamente.

 

A pesar de su presencia abundante en la Tierra, el hidrógeno es un elemento impuro, ya que su característica ligera lo hace subir a las capas más altas de la atmósfera.

 

Para obtener el hidrógeno, se puede recurrir a una serie de procedimientos bajo distintas fuentes de energía y según el tipo de materia prima desde donde se pretenda obtener.

 

En ese caso, los procedimientos implementados para obtener el hidrógeno, pueden ser 100% fósiles o renovables o la combinación de ambos en determinados porcentajes.

Propiedades del hidrógeno

El hidrógeno es el primer elemento químico en la tabla periódica y el más sencillo en su composición, ya que está formado por un protón y un electrón.

Además, el átomo de hidrógeno consta de un núcleo de carga positiva y tiene un peso atómico de 1.00797.

Existen 3 isótopos de hidrógeno: el primero denominado protio, se encuentra en el 99,98% de la naturaleza. Luego, el deuterio, tiene una presencia de 0,02% en la naturaleza y por último el tritio con mínima presencia natural, el cual es producido artificialmente por medio de experimentos nucleares.

Se cree que el hidrógeno fue el primer elemento químico originado después del big bang, condensándose en nubes de gas que terminarían dando origen a las primeras estrellas y galaxias.

Conocido popularmente en el mundo de los científicos como el combustible de las estrellas, el hidrógeno es la razón por la que las estrellas brillan al pasar de su elemento gaseoso a sólido (hielo).

Su papel en el universo es de tal importancia, que se ha comprobado que el sol consume por segundo un aproximado de 600 millones de toneladas de hidrógeno, y por medio de este proceso se transforma la energía resultante en luz y calor para todos.

Para nuestra propia existencia, el hidrógeno es imprescindible, ya el cuerpo humano está compuesto en un 60% por agua (H2O), siendo vital para el óptimo funcionamiento de nuestro organismo y la estabilidad de la estructura molecular del ADN.

Entre las características físicas de este elemento químico, destaca que es incoloro, inodoro e insípido, ligero, no metálico, gaseoso, no toxico y altamente inflamable.

Historia y descubrimiento del hidrógeno

El primer científico que describió el hidrógeno en su forma gaseosa, fue T. Von Hohenheim. Esto aconteció alrededor del año 1.500, durante la realización de un experimento en el cual combinó metales con ácidos fuertes.

En ese experimento, se liberaron burbujas inflamables y que para el momento se desconocía que se trataba de un nuevo elemento químico.

En el año 1.671, Robert Boyle, en uno de sus experimentos que involucraba unas limaduras de hierro y ácido diluidos, fue quien describió la reacción obtenida como aire inflamable.

En ese cao, se obtuvo el hidrógeno gaseoso, sin embargo, para ese momento Boyle desconocía de este elemento.

El 23 de febrero de 1.765, el físico y químico británico Henry Cavendish, logró aislar el hidrógeno e identificar sus propiedades, destacando este elemento como el más ligero de los gases conocidos hasta la fecha y que, además, al estar en combustión, ¡generaba agua!

Más tarde, Antoine Lavoisier y Laplace en el año 1.783, otorgarían el nombre de hidrógeno a este elemento, por su capacidad de transformarse en agua al oxidarse.

Es decir, cuando el hidrógeno se quema, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno en la atmosfera y se obtiene el agua.

Aplicaciones del hidrógeno

La aplicación de este elemento es muy extensa y en diferentes ámbitos. Por ello, aquí ampliaremos en detalle, las aplicaciones más destacadas del hidrógeno.

En primer lugar, el hidrógeno es producido a través de fuentes de energía renovables, lo que permite, por ejemplo, la alimentación eléctrica de las pilas de alta eficiencia.

El avance que representa este medio de generación de energía para el sector transporte (en términos medioambientales) ¡es inmenso!

Es que 1 kg de hidrógeno puede liberar el triple de la energía que se obtiene en combustibles como la gasolina y el gas natural, todo esto con un menor impacto ambiental y un mejor uso de los recursos.

En cuanto a las pilas de hidrógeno, aunque en la actualidad presentan un coste elevado, la aceptación y el éxito comercial en el mercado ha sido indiscutible.

Esto se debe a las grandes ventajas frente a sus competidores, sobre todo en relación a su rendimiento y autonomía, potencia constante, recarga inmediata y eficiencia en ahorro de espacio físico para su almacenamiento.

Por otro lado, los vehículos a motor de combustión interna de hidrógeno, utilizan un motor convencional modificado, logrando ser 30% más eficientes y con un excelente rendimiento en todo tipo de escenarios.

Relacionado con el punto anterior, las estaciones de servicio hidrogeneradoras son las encargadas de surtir de hidrógeno a todos aquellos vehículos que utilicen pilas de este elemento, reemplazando a los combustibles fósiles originados del petróleo.

Adicionalmente, el sector industrial donde se incluye la producción de alimentación, vidrios, metal y químicos en general, anualmente producen más de 50 millones de toneladas de hidrógeno.

En relación a la industria, este elemento ha funcionado como un excelente gas de enfriamiento, gracias a sus propiedades de transferencia de calor.

El uso del hidrógeno en investigaciones y desarrollo de nuevos procesos tecnológicos, en especial en la industria de la alimentación, sin duda ha sido innovador.

Esto tiene el objetivo principal de mejorar la calidad y seguridad en el consumo de diversos alimentos.

Otra aplicación útil del hidrógeno, es la síntesis del amoniaco por medio del proceso conocido como harber, en el que se requieren grandes cantidades de este elemento para la industria química y petrolera.

El amoniaco es de gran demanda en muchas industrias y es el quinto compuesto con mayor producción en esta área productiva.

El método de rompimiento por hidrógeno en el sector de extracción y refinación del petróleo, es otra área de interés en donde el hidrógeno ocupa un papel importante.

En este caso, es vital para la transformación del crudo pesado en uno más liviano, para así transformarlo en otros derivados del petróleo.

Otro tema interesante es la fusión nuclear, en donde a partir de núcleos de hidrógeno se obtiene el Helio, liberando además una enorme cantidad de energía.

Al lograrse gestionar de manera responsable y controlada la obtención del Helio, esto podría representar un antes y después en la generación de energía con una fuente casi inagotable.

También podemos hablar del método de hidrogenación catalítica de aceites vegetales líquidos insaturados, usado para obtener grasas sólidas comestibles, el cual requiere la utilización de grandes cantidades de hidrógeno.

Otros usos interesantes con el hidrógeno como protagonista

El hidrógeno en su estado líquido, es un elemento imprescindible en las investigaciones criogénicas, así como trabajos sobre la superconductividad que actualmente se realizan.

Gracias a su cualidad como un gran conductor térmico, se ha utilizado en el enfriamiento de motores de generadores de energía eléctrica.

En el sector primario de la agroindustria, el hidrógeno también juega un papel fundamental como reactivo químico en la producción de fertilizantes, diversos tipos de plásticos y productos farmacéuticos.

Y, por su fuera poco, este elemento químico ha sido utilizado en las misiones espaciales para la propulsión de las naves en el despegue y en la generación de energía eléctrica y agua para las misiones en el espacio.

Por último, existe un área de aplicación interesante del hidrógeno, orientada hacia la carga de dispositivos electrónicos portátiles, como las tablets o teléfonos inteligentes.

Esto dispositivos presentan una alta demanda en el mercado y requieren de una constante gestión de aplicaciones y funciones mucho más exigentes, por lo que necesitan de baterías de mayor rendimiento.

Adicionalmente, El hidrógeno es utilizado para transformar ciertos óxidos metálicos en metales como: plata, plomo, mercurio, cobre, entre otros.

 

Una mirada hacia el futuro

Son muchos los científicos e investigadores que han centrado sus esfuerzos en la creación de procesos sustentables de producción de hidrógeno, como la electrólisis del agua, termólisis, fotólisis y digestión anaeróbica.

El vector energético del hidrógeno nos brinda la opción de generar y almacenar energía a gran escala, lo cual es una evolución en la gestión de redes de energía eléctrica con especial utilidad en aplicaciones masivas estacionarias.

Es por ello que el hidrógeno, se encuentra en camino de convertirse en el próximo combustible alternativo del sector del transporte, representando una vía para diversificar el consumo energético, hacer más eficiente el uso de los recursos disponibles y optar por una opción saludable para el planeta Tierra.

Sin lugar a dudas, todo lo que hemos explicado convierte a este elemento en el foco de atención de la mayoría de las discusiones de las grandes empresas y organizaciones en el mundo.

En dichas reuniones anuales para tratar temas medioambientales y sobre cómo hacer sus empresas productivas sin afectar la sustentabilidad del planeta, el hidrógeno aparece como el gran protagonista.

Experimentos con el hidrógeno

Muy pronto, el ingeniero aeroespacial Álvaro Romero tiene planteado hacer un experimento para extraer hidrógeno y oxígeno del agua con imanes en el espacio.

Gracias al extraño comportamiento del agua en el espacio, Romero intentará demostrar que su prototipo funciona a bordo de la nave del magnate Jeff Bezos. ¡Esperemos los resultados de este experimento con hidrógeno!