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El Hidrógeno es el combustible universal ilimitado, limpio e inocuo para la vida

Desconozco las trabas que los grandes lobbies energéticos están poniendo a la implantación del hidrógeno como combustible universal. Lo que está claro es que se impondrá. Es el combustible de las estrellas, lo utilizan la vida para su desarrollo energético en las mitocondrias en sus enlaces con el carbono y el oxígeno. Es un sinsentido ir contra natura.

Durante millones de años la naturaleza ha usado la hidrogenación del Carbono para almacenar energía.  Y la oxidación de las mismas para recuperarla. Cadenas de (CHO)  que en el interior de la Tierra se han transformado en hidrocarburos. Ya hemos roto el equilibrio de CO2  y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera.

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Como podemos utilizar el hidrógeno como combustible

Cómo extraer hidrógeno del aire con una pila de combustible HCELL

Cómo extraer hidrógeno del agua con una pila de combustible HCELL

El Hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Pero la mayoría de los átomos del hidrogeno (H2) están unidos con otros átomos de carbono y/o oxígeno, si queremos tener solo átomos de hidrogeno tendremos que separarlos y para ello necesitaremos gran cantidad de energía.
En la Tierra el hidrogeno se encuentra mayormente como agua (líquida, vapor, hielo) o combinado con otros elementos formando compuestos como el metano o gas natural (CH4), metanol (CH3OH), etanol (CH3CH2OH) o hidrocarburos (CnHm).

Cómo obtener hidrógeno

La manera más fácil y limpia de obtener hidrogeno es mediante la “electrólisis“: se sumergen dos electrodos en agua, se aplica electricidad y se obtiene gas hidrógeno del electrodo negativo y oxígeno del positivo. Pero la electrólisis sólo es económica y limpia cuando la electricidad que se utiliza sea obtenida por medios que no contaminen el medio ambiente, lo que quiere decir que no lo es tanto actualmente, ya que la mayoría de la energía eléctrica que se produce esta basada en la combustión de combustibles derivados del petróleo, carbón, etc. Se llamaría Hidrógeno “sucio” al generado por medio de combustibles derivados de combustibles fósiles.

Sin embargo, el hidrógeno puro no es la panacea, pues presenta varios problemas. Para empezar, su producción (la electrólisis) es cara y contaminante, pues requiere mucho consumo eléctrico y la electricidad actualmente se produce a partir de fuentes de energía convencionales, como el petróleo, el gas o las centrales atómicas.
Algunos investigadores sugieren el empleo de la energía eléctrica producida por energía eólica, solar, hidráulica, etc, que es limpia. Se podrían colocar equipos de electrólisis al pie de estas centrales y aprovechar la electricidad excedentaria que producen. Lo malo es que estas formas de generar energía todavía son minoritarias para abastecer un futuro parque automovilístico movido por hidrógeno.

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Otra forma de conseguir Hidrógeno

La otra forma de conseguir Hidrogeno en este caso el “sucio” seria a partir del proceso de “reformado” (suministrando calor) a derivados del petróleo que tienen alto porcentaje de hidrogeno como citamos anteriormente: metano o gas natural (CH4, metanol (CH ), etanol ( CO hidrocarburos (CnHm).. También se puede utilizar el proceso de “reformado” con combustibles derivados de la Biomasa (Biogás, Bioalcohol), en este caso teniendo en cuenta el medio ambiente, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de COa la atmósfera es neutro, ya que el CO en la combustión de la biomasa es reciclado mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la atmósfera. Podemos decir que el “reformado” es mas barato que la electrólisis y en contra tiene, el ser mas contaminante.

En la figura inferior se esquematiza la forma de obtener Ha partir de combustibles fósiles, biomasa y agua, utilizando procesos de reformado (suministrando calor) o electrólisis (suministrando energía eléctrica). Desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de COa la atmósfera es neutro. En efecto, el COgenerado en la combustión de la biomasa es reciclado mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la atmósfera. En cambio, el carbono que se libera a la atmósfera al quemar combustibles fósiles es el que está fijo a la Tierra desde hace millones de años.

La obtención de hidrógeno, la infraestructura correspondiente, la técnica de repostaje y el almacenamiento a bordo son costosos y en la actualidad estas cuestiones aún no se han resuelto de forma totalmente satisfactoria desde un punto de vista técnico y económico. La generación de hidrógeno mediante electrólisis consume gran cantidad de energía eléctrica como hemos indicado anteriormente. Actualmente, el hidrógeno se obtiene a escala industrial casi exclusivamente mediante un proceso de reformado con vapor (steam reforming) a partir de gas natural, si bien ello implica liberar CO2 en dicho proceso.

La celda de combustible es una membrana en la que se mezclan el hidrógeno y el aire de la atmósfera. De su unión surge una corriente eléctrica que sirve para mover un motor eléctrico en el caso de los vehículos. El residuo de la reacción es sólo agua.

La primera celda de combustible fue construida en 1839 por Sir William Grove, un juez y científico galés que demostró que la combinación de hidrógeno y oxígeno
generaba electricidad además de agua y calor. El verdadero interés por la utilización de celdas de combustible como un generador práctico vino hacia comienzos de los años sesenta de nuestro siglo, cuando el programa espacial de los Estados Unidos seleccionó las celdas de combustible para proporcionar electricidad y agua a las naves espaciales Gemini y Apollo. Hoy en día, la aplicación espacial ya no es la única de tipo práctico, puesto que las celdas de combustible están atravesando por un gran momento, al haber alcanzado una etapa tecnológica que les permite estar en posición de competir cada día más con las tecnologías convencionales de generación eléctrica, ofreciendo enormes ventajas sobre ellas, sobre todo en el tema medioambiental.
Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la energía química de una reacción directamente en energía eléctrica. Por ejemplo,
puede generar electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. Estas celdas no se agotan como lo haría una batería, ni precisan recarga, ya que producirán energía en forma de electricidad y calor en tanto se les provea de combustible (hidrogeno). En la práctica, la corrosión y la degradación de materiales y componentes de la celda pueden limitar su vida útil. La manera en que operan es mediante una celda electroquímica consistente en dos electrodos, un ánodo y un cátodo, separados por un electrólito. El oxígeno proveniente del aire pasa sobre un electrodo y el hidrógeno gas pasa sobre el otro.
Cuando el hidrógeno es ionizado en el ánodo se oxida y pierde un electrón; al ocurrir esto, el hidrógeno oxidado (ahora en forma de protón) y el electrón toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado cátodo. El hidrógeno lo hará a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor externo (carga). Al final de su camino ambos se vuelven a reunir en el cátodo donde ocurre la reacción de reducción o ganancia de electrones
del oxígeno gas para formar agua junto con el hidrógeno oxidado. Así, este proceso produce agua 100% pura, corriente eléctrica y calor útil, por ejemplo, energía térmica.

 

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Tipos de celdas de combustible de hidrógeno.

Las celdas de combustible se clasifican según el tipo de medio conductor de la carga iónica (electrolito) dentro de la celda. También se pueden clasificar según la temperatura de trabajo a la que funcionen
La celda alcalina utilizada por la NASA en los años ‘60 empleaba como electrolito una solución acuosa concentrada de hidróxido de potasio. En los años ’70, la empresa DuPont desarrolló un polímero conductor llamado Nafion. El esqueleto del Nafion es similar al del polímero neutro conocido como teflón y, como este, posee una alta resistencia química y térmica. Las cargas móviles positivas (M+) son protones que pueden moverse por el agua que absorbe el polímero y esto hace que la conductividad de la membrana sea similar a la de un ácido concentrado.
El Nafion se usa desde entonces como electrolito en electrolizadores y en celdas de combustible. Estas últimas se denominan celdas de combustible de “membrana de intercambio de protones” (PEM).

Existen otros tipos de celdas de combustible que no tienen electrolito acuoso. Ellas son las celdas de ácido fosfórico (PAFC) que utilizan el ácido concentrado (exento de agua), las celdas de carbonato fundido (MCFC), que utilizan como electrolito una mezcla eutéctica de carbonatos de sodio, litio y potasio y las celdas de óxido sólido (SOFC), en donde el electrolito es un cerámico conductor de iones óxido. Este tipo de celdas de combustible sobre todo las que trabajan a alta temperatura se utilizan mas para la generación estacionaria de electricidad, o sea, estaciones de generación eléctricas para suministro de edificios de todo tipo y otros servicios. Para la utilización en vehículos y demás elementos móviles se utilizan las celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protónico) mencionadas anteriormente.

Los grandes desafíos
Una de los desafíos que enfrenta los desarrolladores de vehículos a hidrógeno es debido a su gran densidad en estado líquido, lo que lleva a tener un volumen superior a la gasolina llegando a ser un 400% mayor.
Todo esto compromete la autonomía del vehículo, pero nuevos avances en los diseños de los depósitos han ido aumentando la autonomía.
Otro aspecto a tener en cuenta en la infraestructura disponible para surtir los combustibles a los automóviles (estaciones de servicio), sin embargo este será un aspecto que el mismo mercado irá corrigiendo a medida de que el petróleo sea más escaso y caro.

Motores de Hidrógeno

Cuando hablamos de motores a hidrógeno tenemos que distinguir básicamente a dos tipos de motores, el basado en “celdas de combustible” de hidrógeno que en sí se trata de un “motor eléctrico” que recibe electricidad de las propias celdas, y el “motor de combustión interna”, similar a los motores convencionales, que logran la fuerza motriz gracias a la ignición del hidrógeno dentro de la cámara de combustión.

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Motor de hidrogeno de combustión interna

Las celdas de combustible son todavía caras y no son lo suficientemente fiables (tiempo de funcionamiento limitado). Así que hay fabricantes como BMW, Mazda, etc. que se han decidido por quemar el hidrogeno dentro de los motores de combustión interna, estos motores son muy similares a los convencionales. El H es altamente inflamable y se quema en concentraciones que van desde el cuatro hasta el 74 por ciento, produciendo algunos óxidos de nitrógeno (NOx), pero sólo algunas trazas residuales de emisiones de dióxido de carbono e hidrocarburos (debido a que quema la película de aceite de las paredes de los cilindros). El H 2 se quema limpiamente, pero no a estándares de cero emisiones. BMW y Mazda creen que se podrían vender motores duales de combustible y H
mientras se desarrolla la infraestructura de surtidores de hidrogeno en los países. BMW comenzó a experimentar con motores de H en 1978 y ha construido flotillas de demostración. Mazda ha mostrado numerosos conceptos de motor rotativo (RX8s) de hidrógeno desde 1991.
Los BMW 750hL V12 que se construyeron en 2000 producían 201 CV con H2, llegando de 0 a 100 km/h en 9.6 segundos y tenían una autonomía de 289 km con poco menos de 19L de H2 líquido. El nuevo Valvetronic V-8 genera 181 CV con autonomía y desempeño similares. (Las variantes de gasolina de estos motores producen 326 y 325 CV, respectivamente.)
Mazda dice que su motor rotativo es inherentemente más adecuado al funcionamiento con H2. Debido a que la entrada, compresión y combustión suceden en áreas distintas del rotor, la cámara de entrada permanece más fría, lo que evita las retro explosiones. También hay suficiente espacio para instalar dos inyectores directos de H2.

El motor Renesis Hydrogen RE produce 110 CV con H2 y 210 con gasolina.

BMW apoya la combustión de hidrógeno en motores convencionales; aunque es la ruta más rápida a la economía de hidrógeno, la eficiencia es menor, y la contaminación, mayor al compararse con las celdas de combustible y el motor eléctrico.
El uso de hidrógeno extiende la vida del motor y reduce el mantenimiento, ya que no se acumula carbón en la cámara de combustión ni en las bujías, y los gases resultantes son tan limpios que casi no se necesita cambiar el aceite del motor (sólo hay que rellenarlo periódicamente). Estos motores arrancan y funcionan bien a bajas temperaturas, son tolerantes al hidrógeno “sucio” y serían comparativamente fáciles de mantener. Ahíse acaban las buenas noticias. Un estudio extenso de la Universidad Kelo en Japón demuestra que la combustión interna de hidrógeno está entre las menos eficientes de todas las plantas motrices de tecnología avanzada, principalmente debido a la gran cantidad de energía que se requiere para producir y comprimir, o licuar, el hidrógeno. el primer automóvil de hidrógeno de lujo que prácticamente no tiene emisiones contaminantes y es apropiado para el uso diario, pero sobretodo con la ventaja de contar con un motor de combustión bimodo de doce cilindros, que funciona tanto con hidrógeno como con gasolina convencional, convirtiéndose en un automóvil que puede funcionar sin estar pendiente del poder repostar hidrogeno en caso de falta de suministradores de este combustible.
Con motor, chasis y carrocería basados en los sedanes BMW 760i, el Hydrogen 7 incorpora un motor de 260 caballos de potencia, con el que es capaz de acelerar en 9,5 segundos de 0 a 100 km/h, y alcanzar una velocidad punta de 230 km/h, limitada electrónicamente. Indicadores que demuestran que este combustible no merma el desempeño de vehículos de altas prestaciones.

El motor de combustión bimodo del BMW Hydrogen 7 (figura inferior) es el resultado de un trabajo de desarrollo orientado al futuro pero que ya se torna real. Este impulsor se basa en el propulsor de doce cilindros a gasolina de 6.000 cc, VALVETRONIC, de la serie 7. El torque o par máximo es de 390 Nm, disponible a 4.300 r.p.m. La peculiaridad del motor V12 del BMW Hydrogen 7 consiste en que funciona de modo dual, lo que significa que sus doce cilindros pueden funcionar indistintamente con hidrógeno o con gasolina, lo cual es posible gracias a una nueva tecnología de control que garantiza la misma potencia independientemente del tipo de combustible disponible en el depósito. Uno de los depósitos ofrece capacidad para 8 kilogramos (unos 170 litros) de hidrógeno, y en un depósito convencional caben 74 litros de gasolina.Funcionando con hidrógeno,

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el BMW Hydrogen 7 

Funcionando con hidrógeno, el BMW Hydrogen 7 puede recorrer más de 200 kilómetros y otros 500 kilómetros con el sistema de combustión convencional de gasolina, es decir que se pueden recorrer muchos kilómetros hasta llegar a la siguiente gasolinera o a un surtidor de hidrógeno.

Este revolucionario automóvil tiene casi únicamente emisiones de vapor de agua cuando funciona con hidrógeno, y la empresa considera que en un futuro se podrán ofrecer vehículos con motores que únicamente utilicen hidrógeno.

En principio, al repostar no se diferencia de la utilización del depósito convencional de gasolina, pues tan solo hay que asegurarse de un acoplamiento hermético, que evita pérdidas de presión y de frío. Este acoplamiento es similar al del surtidor de gasolina, lo que significa que el usuario lo introduce en la boca del depósito aplicando una ligera presión. El bloqueo del acoplamiento y el rellenado del hidrógeno se realizan de modo automático. Para abrir y cerrar la tapa del depósito, el conductor no tiene más que pulsar una tecla que se encuentra en el tablero de instrumentos. El proceso de repostar concluye en menos de 8 minutos.
El motor de combustión bimodo es más alto debido a las válvulas de inyección de H2. Utiliza válvulas de inyección (inyectores) especiales y un conducto de combustible de presión variable.

En el habitáculo los cambios se ven en el tablero de instrumentos donde se encuentran indicadores nuevos relacionados con la utilización de hidrógeno, como el símbolo «H», que se enciende cuando el motor está funcionando con hidrógeno, además hay un indicador en kilogramos del nivel del depósito de H junto al indicador de gasolina. Además, la autonomía total y la reserva disponible se indican por separado para el hidrógeno y la gasolina.

Las modificaciones que más saltan a la vista en el habitáculo se encuentran en la parte posterior, debido al montaje del depósito de hidrógeno (figura inferior) debajo de la bandeja trasera y detrás del banco posterior.

Diversas partes de la carrocería, especialmente desarrolladas para el del BMW Hydrogen 7, son de material sintético reforzado con fibra de carbono combinada con acero, de peso optimizado y, al mismo tiempo, más resistente a los impactos. Esta solución compensa el mayor peso del motor y del sistema de alimentación de combustible y cumple con los criterios de seguridad especiales que plantea este innovador automóvil. Entre otros, los bastidores laterales están reforzados con este material sintético con fibra de carbono. De esta manera, ante un choque el comportamiento del BMW Hydrogen 7 es exactamente igual al del BMW 760Li.
En cuanto a la seguridad, todos los componentes fueron concebidos de tal manera que cumplan con los estándares más estrictos. El depósito de hidrógeno líquido dispone del sistema de gestión del vapor de hidrógeno “boil-off” y, además, cuenta con dos válvulas que permiten la salida controlada del hidrógeno al entorno, por ejemplo en caso de haber una presión excesiva en el depósito (lo que puede suceder en caso de un impacto fuerte). El depósito como tal, pero también todos los demás componentes que se ocupan de la alimentación del hidrógeno al motor, son de doble pared.
Las funciones de seguridad, especialmente previstas para el BMW Hydrogen 7, consiguen detectar con antelación cualquier irregularidad y activar las funciones de protección correspondientes. Por ello, el usuario siempre se mantiene informado sobre cualquier fallo en el sistema, aunque éste aún no represente peligro alguno.

Actualmente no existen estándares, normas y leyes generales que determinen el uso de vehículos con motor de hidrógeno. También hay diferencias entre los reglamentos que se refieren al uso de garajes. Estas reglas varían de país en país, pero también difieren los criterios aplicados por los propietarios de los estacionamientos públicos. Para evitar confusiones, el BMW Group no permite aparcar los vehículos movidos con hidrógeno en garajes cerrados. Sí está permitido conducir y aparcar en espacios semicerrados, por ejemplo en estacionamientos públicos o atravesando túneles. También se admite el uso de túneles de lavado y parar en garajes individuales no cerrados.

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Motor eléctrico con celdas de combustible.

El fabricante Toyota ha logrado la homologación en Japón de un vehículo híbrido alimentado por celda de combustible que logra una autonomía de 830 kilómetros, frente a los 330 de la generación anterior.
El nuevo vehículo, FCHV-adv (Fuel Cell Hybrid Vehicle-Advanced) ha sido homologado con la nueva celda de combustible, de nuevo diseño y alto rendimiento, que aún será mejorada en una nueva fase de desarrollo.

El Toyota FCHV-adv ha sido probado rodando tanto a altas temperaturas como a bajas, a partir de los resultados proporcionados por estas pruebas, Toyota ha perfeccionado el sistema de celda de combustible de este vehículo para mejorar la autonomía y el arranque a bajas temperaturas, que habían frenado hasta ahora el uso generalizado de los vehículos de celda de combustible.
La unidad esencial de celda de combustible es el conjunto de electrodos y membrana (MEA, en sus siglas en inglés), donde el principal problema para los ingenieros fue el agua que aparecía en el interior y que interfiere con la generación eléctrica dentro del MEA a bajas temperaturas.
Se llevó a cabo una importante labor de investigación, que incluyó pruebas de visualización interna, para comprender el comportamiento y la cantidad del agua generada en la celda de combustible, lo que permitió a los ingenieros optimizar el diseño del MEA para mejorar el arranque a bajas temperaturas.

Como consecuencia, el Toyota FCHV-adv puede arrancar y funcionar en zonas frías a temperaturas de hasta 30 grados bajo cero, lo que significa que el vehículo se puede utilizar en una mayor variedad de condiciones y climas.
Ello llevó a una mejora de la eficiencia del combustible en un 25%, gracias al nuevo rendimiento de la celda de combustible, el perfeccionamiento del sistema de frenado regenerativo y la reducción de la energía consumida por el sistema auxiliar.
Otras modificaciones introducidas en la versión avanzada del vehículo son la incorporación de un control de degradación del catalizador del electrodo y la mayor duración de la celda de combustible.

Los depósitos desarrollados por Toyota están fabricados en composite, un material muy ligero y extremadamente resistente. Además, van forrados por dentro con un lienzo de nylon que evita cualquier filtración del muy volátil hidrógeno. Este forro permite que el depósito sea menos grueso, con lo que, en el de 35 megapascales, cabe hasta un 10 por ciento más de hidrógeno comprimido. Así, la autonomía de los coches que empleen este tanque será más alta.
Con estas soluciones técnicas, Toyota logra solucionar dos de los principales problemas que presentan los depósitos para hidrógeno: la porosidad y el excesivo peso que se produce cuando se combate esa porosidad. Estos problemas, especialmente el del peso, hacía que, hasta ahora, los depósitos fuesen demasiado aparatosos y acaban por lastrar las cualidades dinámicas de los vehículos que los llevaban.
Toyota actualmente con los últimos modelos ha conseguido depósitos de hidrógeno de alta presión a 70 Mpa, con los que el vehículo puede recorrer unos 830 kilómetros sin repostar; es decir, más del doble que el antecesor del Toyota FCHV-adv, el Toyota FCHV.

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El hidrógeno es el combustible alternativo,el mismo que usan el Sol y las estrellas pero de otra forma.

Hay mil razones para usar el hidrógeno como combustible a través de las pilas de Hidrógeno HCELL para producir electricidad.

Pero con dos me es suficiente.La primera que es inagotable y la segunda que es amigable con la vida: AGUA como único residuo (H2O)

La emisión del hidrógeno neutro a 21 cm.

 Figura 1: Imagen en falso color de la Nebulosa de Orión, M 42, y la Nebulosa de Marian, M 43, usando datos obtenidos con el Telescopio Isaac Newton, de 2.5m, en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma (España) usando el instrumento de gran campo Wide Field Camera (WFC). Las líneas verticales negras corresponden a la separación entre distintas CCDs. El color rojo codifica la emisión del hidrógeno ionizado, Hα 6563 Å, mientras que en verde de muestra la emisión de oxígeno dos veces ionizado, [O III] 5007 Å. En color azul sólo se muestra el campo estelar. Esta imagen es la típica que se obtiene mediante CCD o película fotográfica sin filtros, donde destaca especialmente el hidrógeno de la nebulosa. Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQU), Sergio Simón-Díaz (IAC) y Jorge García-Rojas (IAC).

Imagen en falso color de la Nebulosa de Orión, M 42, y la Nebulosa de Marian, M 43, usando datos obtenidos con el Telescopio Isaac Newton, de 2.5m, en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma (España) usando el instrumento de gran campo Wide Field Camera (WFC). Las líneas verticales negras corresponden a la separación entre distintas CCDs. El color rojo codifica la emisión del hidrógeno ionizado, Hα 6563 Å, mientras que en verde de muestra la emisión de oxígeno dos veces ionizado, [O III] 5007 Å. En color azul sólo se muestra el campo estelar. Esta imagen es la típica que se obtiene mediante CCD o película fotográfica sin filtros, donde destaca especialmente el hidrógeno de la nebulosa. Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQU), Sergio Simón-Díaz (IAC) y Jorge García-Rojas (IAC).

El hidrógeno es, con diferencia, el elemento químico más abundante del Universo. Creado durante los procesos que sucedieron al Big Bang, particularmente durante la recombinación de los núcleos atómicos (protones en su mayoría) con los electrones unos 380 mil años después del inicio del Cosmos, el hidrógeno es el “padre” del que provienen el resto de elementos químicos. La transformación del hidrógeno en otros elementos ocurre sobre todo dentro de las estrellas (por fusión termonuclear, por ejemplo formando núcleos de helio a partir del hidrógeno, que luego se fusiona en núcleos de oxígeno, silicio, azufre o hierro en las estrellas más masivas) o por la acción de éstas en sus alrededores (explosiones de supernova, que típicamente producen los elementos químicos más pesados que el hierro). Así, deberíamos esperar que los astrofísicos invirtieran gran parte de su esfuerzo en conocer dónde se encuentran las nubes de hidrógeno dentro de las galaxias y dentro de la estructura a gran escala del Cosmos, y qué características tienen.

Pero la cosa no es sencilla. Desgraciadamente los telescopios convencionales no pueden detectar el hidrógeno neutro y frío. Los átomos de hidrógeno sólo pueden emitir luz en los colores “visibles” cuando son excitados por radiación energética (particularmente emisión ultravioleta emitida por estrellas masivas, enanas blancas, y otros procesos violentos). Es así como “vemos” las nebulosas difusas de emisión, nubes gigantescas constituidas sobre todo de hidrógeno, como la Gran Nebulosa de Orión (Figura 1). El color rojizo que típicamente domina estas nubes de gas proviene de la emisión del hidrógeno ionizado (línea H-alpha). Pero, obviamente, este tipo de excitación del hidrógeno no ocurre en las frías profundidades del espacio, particularmente en el casi vacío espacio extragaláctico.

Figura 2: La emisión de 21cm (1420 MHz) del hidrógeno atómico ocurre cuando se produce el cambio del espín del electrón de ser paralelo al espín del protón (arriba) al ser anti-paralelo al protón (abajo). La estructura hiperfina del nivel 1s del átomo de hidrógeno indica que en el primer caso se tiene un poco más de energía (5.9 x 10-6 eV) que en el segundo.
La emisión de 21cm (1420 MHz) del hidrógeno atómico ocurre cuando se produce el cambio del espín del electrón de ser paralelo al espín del protón (arriba) al ser anti-paralelo al protón (abajo). La estructura hiperfina del nivel 1s del átomo de hidrógeno indica que en el primer caso se tiene un poco más de energía (5.9 x 10-6 eV) que en el segundo.

Sin embargo, se da la peculiaridad de que el hidrógeno neutro sí emite cierto tipo de luz. Esta radiación no ocurre en los “colores” que nosotros vemos sino en el dominio de las ondas de radio. La emisión del hidrógeno neutro en radio sucede como consecuencia de la transición atómica entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del hidrógeno.

¿Qué quiere decir esto? La energía del átomo de hidrógeno, que consta de un protón y un electrón, es ligeramente diferente dependiendo si el espín (análogo al “giro”) del protón y del electrón están en la misma dirección (un poco más de energía) que en direcciones opuestas (un poco menos de energía). Un átomo de hidrógeno en el que el protón y el electrón tengan sus espines paralelos puede emitir un fotón (liberar energía) para pasar al estado en el que ambos espines apuntan en direcciones opuestas (Figura 2). Como la diferencia de energía es muy pequeña (5.9 x 10-6 eV), el fotón emitido tiene una frecuencia baja (1420.4 MHz) y, por tanto, una longitud de onda relativamente larga (21.1 cm).

A esta emisión en radio se la designa como “H I”, la emisión del hidrógeno atómico a 21 cm. No obstante es muy raro que ocurra en un átomo en concreto: la vida media del estado excitado es de unos 10 millones de años. Así, cuando en 1944 el astrónomo holandés Hendrik van de Hulst propuso por primera vez que se usaran radiotelescopios para captar la emisión del H I a 21 cm y así detectar nubes de gas hidrógeno en la Vía Láctea no muchos le hicieron caso. Pero, en realidad, como hay tal enorme cantidad de hidrógeno aún disponible en el Cosmos, la emisión a 21 cm del hidrógeno atómico es, en efecto, no sólo observable, sino fundamental para la Astrofísica contemporánea.

Radiotelescopio de Parkes (NSW, Australia), de 64 metros de tamaño, durante la puesta de Sol. Crédito: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQU).
Radiotelescopio de Parkes (NSW, Australia), de 64 metros de tamaño, durante la puesta de Sol. Crédito: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQU).

No fue hasta 1951 cuando los astrónomos Harold Ewen y Edward Purcell de la Universidad de Harvard (EE.UU.) detectaron por primera vez la emisión a 21 cm del hidrógeno atómico, que fue rápidamente corroborada por observaciones independientes desde Europa y Australia. En la actualidad, este tipo de observaciones son rutinarias y otorgan a los astrofísicos piezas claves a la hora de entender nuestro Universo.

Precisamente, una de las grandes ventajas que propiciaban las observaciones en la línea de 21 centímetros del hidrógeno atómico es que, al estar en el rango de las ondas de radio, la extinción de la luz por el polvo y gas interestelar es completamente despreciable. Esto no ocurre en “los colores que nosotros vemos” (el rango óptico del espectro electromagnético), que son fuertemente absorbidos por el polvo y el gas difuso. Así, las observaciones en HI a 21 centímetros permitieron por primera vez “ver” la Vía Láctea en su totalidad.

Fue así como, en 1952 y tras conseguir los primeros mapas de la Galaxia, se encontró que la Vía Láctea tiene una estructura espiral. En este punto hay que insistir en que las observaciones radioastronómicas en la línea de 21 cm no son imágenes, sino espectros. Es una línea de emisión más, y como tal no sólo su intensidad máxima (su brillo) sino también otras propiedades, como la anchura, la velocidad o un análisis de componentes, pueden estudiarse en detalle.

Las observaciones en H I permiten, por efecto Doppler, calcular las distancias a las galaxias o inferir a qué velocidad relativa se mueve el gas dentro de una galaxia. Y, en efecto, ha sido usando observaciones H I a 21 cm de otras galaxias (normalmente el gas es mucho más fácil de observar en las partes externas de las galaxias que las estrellas) como se confirmó definitivamente que las partes externas se movían extremadamente rápido contabilizando la cantidad de masa (estrellas, polvo y gas difuso incluyendo hidrógeno atómico) que contenían, necesitando la componente extra de un amplio pero homogéneo halo de materia oscura para poder mantener las galaxias como entidades estables.

Mapa de todo el cielo observando en la línea de 21 cm del hidrógeno atómico, HI, mostrando la emisión de gas neutro de nuestra Galaxia y las Nubes de Magallanes y la velocidad con la que lo vemos moverse (en color). Esta fantástica imagen ha sido conseguida en la colaboración HI 4π survey (HI4PI), que usa datos obtenidos con el cartografiado Effelsberg-Bonn HI Survey (EBHIS), que usa el radiotelescopio Effelsberg (Alemania), de 100 metros de tamaño, y los datos del cartografiado Galactic All-Sky Survey (GASS), que usa
Mapa de todo el cielo observando en la línea de 21 cm del hidrógeno atómico, HI, mostrando la emisión de gas neutro de nuestra Galaxia y las Nubes de Magallanes y la velocidad con la que lo vemos moverse (en color). Esta fantástica imagen ha sido conseguida en la colaboración HI 4π survey (HI4PI), que usa datos obtenidos con el cartografiado Effelsberg-Bonn HI Survey (EBHIS), que usa el radiotelescopio Effelsberg (Alemania), de 100 metros de tamaño, y los datos del cartografiado Galactic All-Sky Survey (GASS), que usa «The Dish», el radiotelescopio de Parkes (Australia), de 64 metros de tamaño. Crédito: Benjamin Winkel & the HI4PI Collaboration.

El mapa más profundo de la Vía Láctea usando la emisión del hidrógeno atómico a 21 centímetros fue obtenido recientemente mediante la colaboración “HI4PI” (acrónimo de “H I 4π”), que usa datos obtenidos por dos de los radiotelescopios más potentes de la Tierra: el radiotelescopio Effelsberg (Alemania), de 100 metros de tamaño, y el famoso radiotelescopio de Parkes, ”The Dish”, (Australia), de 64 metros de tamaño (Figura 3). En esta proyección de todo el cielo, el plano de la Vía Láctea se encuentra en el ecuador, mientras que el centro de nuestra Galaxia corresponde al amasijo de gas brillante hacia la derecha.

La espectacular imagen del hidrógeno atómico de la Vía Láctea obtenida por la colaboración HI4PI (Figura 4) no sólo muestra la distribución de gas difuso (muy asimétrica) sino que codifica en colores la velocidad a la que se mueve dicho gas. Colores azules indican gas que se acerca al observador, mientras que los colores verdosos corresponden a gas que se aleja. Así se puede apreciar la misma rotación de la Vía Láctea, pero aparecen estructuras más complicadas: filamentos, burbujas, grumos, huecos, capas de gas, que narran la dinámica evolución de nuestra Galaxia. Muchos de los huecos, por ejemplo, corresponden a zonas liberadas de gas por explosiones de supernova. El mismo Sol se encuentra cerca de una de estas zonas irregulares, la Burbuja Local, que brilla particularmente en rayos X. La Burbuja Local, de al menos 300 años luz de tamaño. se originó hace poco tiempo (pocos millones de años, algunos estudios apuntan que incluso menos).

Por otro lado, la mayor densidad de gas corresponde precisamente a las regiones donde se están formando las estrellas. Las nebulosas de emisión aparecen justo en estas zonas donde el gas difuso está condensando para crear nuevos soles. Estas regiones de formación estelar se localizan sobre todo si se mira cerca del centro galáctico

Los colores de la imagen también muestran algo muy interesante: aparecen nubes de gas difusas en colores violetas y amarillos (altas velocidades). Estas “nubes de alta velocidad” corresponden a gas que está cayendo sobre la Vía Láctea (quizá por acreción de alguna galaxia enana) o es gas que ha sido expulsado del disco de nuestra Galaxia por las explosiones de supernovas. La más evidente de estas nubes de alta velocidad es la que corresponde a las galaxias enanas satélite de la Vía Láctea, las Nubes de Magallanes (abajo derecha, en colores naranjas). La imagen de la colaboración “HI4PI” permite distinguir que ambas galaxias enanas se encuentran dentro de esta gigantesca nube de hidrógeno neutro. Es más, permite apreciar su estructura alargada apuntando al centro de la Vía Láctea, además de muchas otras de sus características.

Las observaciones tanto de la Vía Láctea como de otras galaxias usando radioastronomía para “ver” la línea de 21 cm del hidrógeno atómico está proporcionando enorme información a los astrofísicos a la hora de entender la formación de las estrellas, la estructura de las galaxias, la interacción con su entorno, la evolución de las galaxias y la propia evolución del Universo. Sin embargo, quizá porque las imágenes en radioastronomía muchas veces no son atractivas para nuestros ojos (o, pensando mal, que la radioastronomía es el único rango espectral que la Agencia Espacial Estadounidense, NASA, no lidera), muchos de estos detalles no suelen conocerse por el público. En próximas entregas indagaremos en algunos de los sorprendentes detalles que, gracias a la radioastronomía y a la línea de H I a 21 cm, hemos conseguido arrancar al Universo.

El hidrógeno es el combustible alternativo,el mismo que usan el Sol y las estrellas .

Las centrale de fusión de Hidrógeno son una buena alternativa para obtener grandes cantidades de energía. Solo tenemos que esperar a que la tecnología lo haga más viable y seguro. Son capaces de liberar grandes cantidades de energía calorífica al fusionar dos átomos de hidrogeno transformándose en eleuterio y helio.  Calor para producir electricidad mediante vapor que hace girar la turbina de un generador eléctrico.

En qué consiste la fusión nuclear del hidrógeno.

La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso. Estas reacciones pueden absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor que la del hierro, respectivamente.

Un ejemplo de reacciones de fusión son las que tienen lugar en el sol, en las que se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, que alcanza la superficie terrestre y que percibimos como luz y calor.

Para que tenga lugar una reacción de fusión, es necesario alcanzar altas cotas de energía que permitan que los núcleos se aproximen a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas  de repulsión electrostática. Para ello, se deben cumplir los siguientes requisitos:

  • Para lograr la energía necesaria se pueden utilizar aceleradores de partículas o recurrir al calentamiento a temperaturas muy elevadas. Esta última solución se denomina fusión térmica y consiste en calentar los átomos hasta lograr una masa gaseosa denominada plasma, compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados.
  • Asimismo, es necesario garantizar el confinamiento y control del plasma a altas temperaturas en la cavidad de un reactor de fusión el tiempo necesario para que se produzca la reacción.
  • También es necesario lograr una densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan dar lugar a las reacciones de fusión.

Soluciones

Sin embargo, los confinamientos convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las altas temperaturas. Por este motivo, se encuentran en desarrollo dos métodos de confinamiento:

Fusión por Confinamiento Inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Para ello se impacta una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio por un haz de láser provocando su implosión.  Así, se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal permitiendo que se produzca la reacción de fusión. Actualmente hay reactores de investigación con el objetivo de producir energía a través de este proceso.

Fusión por Confinamiento Magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak.

La fusión nuclear: ¿energía del futuro?

La fusión nuclear –que no debe confundirse con la fisión nuclear, sobre cuya base operan las centrales nucleares actuales en todo el mundo– se presenta a menudo como la panacea para salvar la civilización del consumo ante el inevitable agotamiento de las fuentes de energía fósiles. Publicamos a continuación tres artículos de dos científicos expertos estadounidenses, y en los que polemizan sobre las posibilidades reales de los reactores de fusión. NdR.

Reactores de fusión: no son lo que prometían ser

Daniel Jassby

Durante mucho tiempo se ha venido ensalzando los reactores de fusión como la fuente energética perfecta. Sus defensores afirman que una vez se hayan desarrollado reactores de fusión comerciales viables, producirán enormes cantidades de energía con pocos residuos radiactivos, generando muy pocos subproductos de plutonio que puedan utilizarse para fabricar armas atómicas. Estos abogados de la fusión dicen asimismo que dichos reactores no podrían dar lugar a la peligrosa reacción en cadena susceptible de provocar el tipo de accidentes catastróficos que encierran los sistemas actuales de fisión en las centrales nucleares. Además, al igual que la fisión, un reactor nuclear de fusión tendría la enorme ventaja de producir energía sin emitir ni pizca de carbono, el principal culpable del calentamiento de la atmósfera de nuestro planeta.

Sin embargo, hay un problema: mientras que es más bien fácil –hablando en términos relativos– dividir un átomo para producir energía (es lo que ocurre en la fisión), supone un “gran reto científico” fusionar dos núcleos de hidrógeno para crear isótopos de helio (como ocurre en la fusión). Nuestro Sol realiza constantemente reacciones de fusión quemando hidrógeno ordinario en condiciones de enorme densidad y temperatura. Para reproducir este proceso de fusión aquí en la Tierra –donde no tenemos la enorme presión generada por la gravedad del núcleo solar– necesitaríamos una temperatura de por lo menos 100 millones de grados Celsio, unas seis veces más que la que impera en el Sol. En experimentos realizados hasta ahora, la energía necesaria para alcanzar la temperatura y la presión que permiten reacciones de fusión significativas para crear isótopos de helio ha superado de lejos la energía de fusión generada.

No obstante, mediante el uso de tecnologías de fusión prometedoras, como el confinamiento magnético y el confinamiento inercial con láser, la humanidad se acerca mucho más a la solución del problema y a ese punto de inflexión en que la cantidad de energía obtenida de un reactor de fusión supere la cantidad aportada, generando energía neta. Los proyectos multinacionales colaborativos en curso incluyen el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER), que está construyéndose en Francia desde que se crearon las primeras estructuras de apoyo en 2010. Se espera que los primeros experimentos en su máquina de fusión, llamada tokamak, comiencen en 2025.

A medida que nos acercamos al objetivo, sin embargo, es hora de preguntarnos si la fusión es realmente la fuente de energía perfecta. Después de haber estado trabajando en experimentos de fusión durante 25 años en el laboratorio de física del plasma de la Universidad de Princeton, comencé a contemplar menos apasionadamente toda la cuestión de la fusión. Concluí que un reactor de fusión no sería ni mucho menos perfecto, y en ciertos aspectos estaría incluso más cerca de todo lo contrario.

Radiaciones y residuos radiactivos de la fusión

Como se ha señalado más arriba, los 500 MW de energía térmica de fusión que supuestamente producirá el ITER no será energía eléctrica. Pero lo que los defensores de la fusión detestan explicar es que esta energía de fusión no es una radiación benigna como la solar, sino que consiste sobre todo (en un 80 %) en chorros de neutrones energéticos cuya única función aparente en el ITER será la de generar enormes volúmenes de residuos radiactivos a medida que bombardeen las paredes de la vasija del reactor y sus componentes asociados.

Apenas el 2 % de los neutrones serán interceptados por módulos de prueba para investigar la producción de tritio en litio, pero el 98 % de los flujos de neutrones chocarán simplemente contra las paredes del reactor o los dispositivos en los puertos de salida.

En los reactores de fisión, como máximo el 3 % de la energía de fisión se da en forma de neutrones. Sin embargo, el ITER se parece a un aparato eléctrico que convierte cientos de megavatios de energía eléctrica en chorros de neutrones. Una característica peculiar de los reactores de fusión que operan con D-T es que la parte preponderante de la energía térmica no se produce en el plasma de reacción, sino más bien dentro de la gruesa vasija de acero del reactor a medida que los chorros de neutrones chocan con ella y disipan gradualmente su energía. En principio, esta energía de neutrones termalizada podría reconvertirse en electricidad con una eficiencia muy baja, pero el proyecto ITER ha optado por evitar este reto. Es una tarea que se delega en engaños llamados reactores de demostración que los defensores de la fusión esperan desplegar en la segunda mitad del siglo.

Un defecto reconocido desde hace tiempo de la energía de fusión es el de los daños producidos por la radiación de neutrones sobre los materiales expuestos, provocando hinchamiento, fragilidad y fatiga. El caso es que el tiempo total de funcionamiento con una elevada producción de neutrones en el ITER será demasiado corto para provocar ni siquiera el mínimo daño a la integridad de la estructura, pero las interacciones con los neutrones generarán de todos modos una peligrosa radiactividad en todos los componentes expuestos del reactor, produciendo finalmente nada menos que 30.000 toneladas de residuos radiactivos.

Alrededor del tokamak del ITER, un monstruoso cilindro de hormigón de 3,5 metros de grosor de pared, 30 metros de diámetro y 30 metros de altura servirá de blindaje para impedir la salida al exterior de rayos X, rayos gama y neutrones de fuga. La vasija del reactor y los componentes no estructurales del interior de la vasija y fuera de ella, hasta el blindaje de hormigón, se tornarán altamente radiactivos al activarse con los chorros de neutrones. Los periodos de inactividad con fines de mantenimiento y reparación serán prolongados porque todos los trabajos de mantenimiento deberán llevarse a cabo con equipos de control remoto.

Para el Joint European Torus en el Reino Unido, que es un proyecto experimental mucho más pequeño, el volumen previsto de residuos radiactivos asciende a 3.000 metros cúbicos, y el coste de su desmantelamiento y vertido superará los 300 millones de dólares, de acuerdo con Financial Times. Estas cantidades empequeñecen ante las 30.000 toneladas de residuos radiactivos del ITER. Por suerte, gran parte de esta radiactividad inducida se desintegrará en décadas, pero al cabo de 100 años unas 6.000 toneladas todavía serán peligrosamente radiactivas y tendrán que almacenarse en un depósito, según el capítulo sobre “Residuos y desmantelamiento” del informe de diseño definitivo del ITER.

El transporte periódico y el vertido de componentes radiactivos fuera de la central experimental, así como el desmantelamiento final de toda la instalación del reactor serán actividades que requerirán un gran consumo de energía, que habrá que sumar al lado negativo del balance energético del proyecto.

El problema del gran consumo  de agua que necesitan para ser refrigerados.

Se requerirán flujos torrenciales de agua para eliminar calor de la vasija del reactor del ITER, de los sistemas de calentamiento del plasma, de los sistemas eléctricos del tokamak, de los refrigeradores criogénicos y de los equipos de alimentación de energía de los imanes. Incluida la generación de energía de fusión, la carga térmica total podría ascender a 1.000 MW, pero incluso sin la producción de energía de fusión, la instalación del reactor consume hasta 500 MW(e), que finalmente se convierten en calor que habrá que extraer. El ITER demostrará que los reactores de fusión consumirían mucha más agua que cualquier otro tipo de generador de energía, debido al enorme gasto de energía parasitaria que se convierte en calor adicional que es preciso disipar. (Por parasitaria nos referimos al consumo de una parte de la energía que genera el propio reactor.)

El agua de refrigeración provendrá del Canal de Provence, formado mediante la canalización del río Durance, y la mayor parte del calor se descargará en la atmósfera mediante torres de refrigeración. Durante las operaciones de fusión, el caudal total de agua de refrigeración será de 12 metros cúbicos por segundo (720.000 litros por minuto), más de un tercio del caudal del canal. Este caudal de agua bastaría para abastecer a una ciudad de un millón de habitantes. (Aunque la demanda real de agua será una pequeña fracción de esa cantidad, ya que cada pulso generador del ITER durará apenas 400 segundos y se producirán a lo sumo 20 pulsos diarios; además, el agua de refrigeración del ITER se recirculará.)

Aunque el ITER no produzca otra cosa que neutrones, su caudal máximo de refrigerante equivaldrá a la mitad del caudal que precisa una central térmica de carbón o una central nuclear que generan 1.000 MW(e) de energía eléctrica. En el ITER se consumirán nada menos que 56 MW(e) de energía eléctrica para accionar las bombas que harán circular el agua a través de unos 36 kilómetros de tuberías.

El funcionamiento de cualquier central de fusión nuclear grande como el ITER solo es posible en un lugar como el de la región de Cadarache en Francia, donde hay acceso a muchas redes eléctricas de alta potencia y a un sistema caudaloso de agua refrigerante. En las últimas décadas, la gran abundancia de caudales de agua dulce y la disponibilidad ilimitada de agua de mar fría han permitido poner en marcha un gran número de plantas termoeléctricas del orden de los gigavatios. Teniendo en cuenta la disponibilidad decreciente de agua dulce e incluso de agua de mar fría en todo el mundo, la dificultad de abastecimiento de agua refrigerante impedirá la proliferación de reactores de fusión.

El impacto del ITER

Tanto si el rendimiento del ITER es bueno como si es malo, su legado más favorable será que, al igual que la Estación Espacial Internacional, habrá sido un ejemplo impresionante de cooperación internacional de décadas de duración entre naciones que mantienen entre sí relaciones amistosas o semihostiles. Los críticos censuran que esta colaboración internacional ha incrementado enormemente el coste y alargado los plazos, pero los 20.000 a 30.000 millones de dólares que costará el ITER no difieren mucho de lo que costarán otras instalaciones nucleares de gran tamaño, como las centrales cuya construcción se ha aprobado recientemente en EE UU (Summer y Vogtle) y Europa Occidental (Hinkley y Flamonville), así como el proyecto estadounidense de combustible nuclear MOX sobre el río Savannah. Todos estos proyectos han visto triplicar su coste, y sus plazos de construcción han pasado de años a décadas. El problema subyacente es que todas las instalaciones de energía nuclear, sean de fisión o de fusión, son extraordinariamente complejas y desorbitadamente caras.

Un segundo efecto valioso del ITER será su influencia definitiva en la planificación de las fuentes de energía. Si tiene éxito, el ITER permitirá a los físicos estudiar los plasmas de fusión de larga duración y alta temperatura. Pero como prototipo de generador de energía, el ITER causará estragos, manifiestamente, como fuente de neutrones alimentada con tritio generado en reactores de fisión, accionada con cientos de megavatios de electricidad de la red eléctrica regional y consumidora sin precedentes de recursos de agua refrigerante. Los daños causados por los neutrones se agravarán, mientras que las demás características se repetirán en cualquier reactor de fusión subsiguiente que pretenda generar electricidad suficiente para superar todos los consumos de energía señalados en este artículo.

A la vista de esta realidad, tal vez hasta los más entusiastas planificadores de la energía abandonen la fusión. En vez de anunciar el comienzo de una nueva era energética, es probable que el ITER desempeñe un papel análogo al del reactor reproductor rápido, cuyos problemas manifiestos dieron al traste con otra supuesta fuente de “energía ilimitada” y afianzaron el predominio de los reactores de agua ligera en el ámbito nuclear.

Daniel Jassby fue investigador principal del Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad de Princeton hasta 1999. Robert Goldston es profesor de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton.

 

Hidrógeno:no es ninguna moda , es el combustible del presente y del futuro.

La sucesión de anuncios de alianzas y estrategias empresariales con esta energía como protagonista relanza su papel en la transición energética


Audi ha anunciado que lanzará su propio coche de pila de hidrógeno en el año 2021, uniéndose a otros fabricantes automovilísticos como HyundaiHonda o ToyotaMichelin y Faurecia han firmado un acuerdo para crear una empresa conjunta con el fin de desarrollar, producir y comercializar sistemas de pila de combustible de hidrógeno para turismoscamiones y otras aplicaciones. La Autoridad de Electricidad y Agua de DubaiExpo 2020

La primera planta fotovoltaica conjunta Siemens y Dubay en Oriente Medio.

Dubai Siemens han iniciado un proyecto conjunto que se convertirá en la primera instalación de electrólisis de hidrógeno con energía solar de Oriente Medio y África del NorteEnagásAcciona y Cemex participan en la creación de la planta de hidrógeno renovable más grande de Europa .
En las últimas semanas se suceden las noticias de anuncios de alianzas y estrategias empresariales entorno al hidrógeno. Se podría decir que es el nuevo combustible de moda, al menos desde el punto de vista de un español. “Hasta ahora en España el hidrógeno ha sido un gran olvidado, nos hemos focalizado más en el vehículo eléctrico, pero no así en otros países como Japón, Alemania, Corea del Sud o California”, asegura Javier Brey, presidente de la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2).

Los vehículos de pila de hidrógeno están cada vez más presentes en los salones de automóviles

El Hidrógeno es una alternativa real.

Los vehículos de pila de hidrógeno están cada vez más presentes en los salones de automóviles (Callaghan Ohare / Bloomberg)

Gracias a los avances y soluciones tecnológicos de los últimos años, el hidrógeno está consolidándose cada vez más como una alternativa “viable y muy eficiente a los combustibles fósiles”, afirma Albert Tarancón, profesor Icrea y responsable del Grupo de Nanoiónica y Pilas de Combustible del Instituto de Investigación en Energía de Catalunya (Irec). “Se trata de una fuente de energía limpia y con experiencias exitosas en el ámbito de la movilidad, tanto automovilística, como ferroviaria o naval”, explica Tarancón. “El último sector en llegar será el de la aeronáutica, donde le faltan un par de décadas todavía”, añade Javier Brey.

Eficiencia y autonomía

“Un solo kilogramo de hidrógeno permite recorrer más de 100 kilómetros en coche y acaban de anunciar un automóvil con una autonomía de hasta 1.000 kilómetros”

“Un solo kilogramo de hidrógeno permite recorrer más de 100 kilómetros en coche y acaban de anunciar un automóvil con una autonomía de hasta 1.000 kilómetros con un tiempo de repostaje de únicamente unos cinco o seis minutos”, explica Brey. Unos parámetros lejos de los que puede ofrecer un vehículo eléctrico tradicional. El principal freno de este tipo de automóviles es la escasa red de recarga existente, especialmente en España, donde sólo hay un coche de hidrógeno matriculado. El presidente de AeH2 está convencido de que la apuesta de los fabricantes y los muchos proyectos en marcha acabará redundando en una mayor apuesta por este combustible en el país.

El primer vehículo eléctrico de pila de combustible matriculado en España, Hyundai Nexo, realiza un repostaje en la hidrogenera del Centro Nacional del Hidrógeno.

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CNH2
odo ello está relanzando el papel del hidrógeno en la transición hacia un nuevo modelo energético basado en las renovables y sin emisiones de CO2 a la atmósfera. “El hidrógeno supone una parte significativa de la solución para incrementar las renovables y descarbonizar la industria porque permite almacenar de forma eficiente los excedentes de electricidad y utilizarlos para una movilidad cero emisiones”, afirma el presidente de AeH2. El experto resume los usos de esta fuente energética en tres: combustible para el transporte, combustible para la industria y como sistema de almacenamiento de energía.

Porqué cuesta tanto que triunfen los coches de hidrógeno en España

Actualmente, el principal problema lo marca, como al principio también sucedía con los puntos de recarga de vehículos eléctricos, con unos 12 puntos de repostaje de hidrógeno en Dinamarca10 en Gran Bretaña y casi una cincuentena en Alemania. ¿Y en España? De momento sólo hay uno, en Sevilla, de propiedad privada, y que introduce el hidrógeno a 35 MPa en lugar de los 70 que permite este Clarity Fuel Cell y que la mayoría de fabricantes han establecido como estándar para el futuro, para así duplicar la autonomía entre repostajes.

Honda Clarity Fuel Cell

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En marcha, al igual que otros eléctricos, el Honda Clarity Fuel Cell sobresale por su agrado de uso, con una entrega de potencia instantánea, muy lineal y exenta de vibraciones. Todo ello acompañado de un buen empuje gracias a sus 174 CV y 30,6 mkg, si bien su velocidad máxima, al igual que en los eléctricos, está limitada a 165 km/h con el fin de que no se dispare el consumo de electricidad de su motor y, por lo tanto, del hidrógeno. Su autonomía, según ciclo NEDC, alcanza los 650 km y que tras esta toma de contacto, en zona llana, con dos ocupantes, sin sobrepasar 120 km/h y en ocasiones con fuertes aceleraciones, estimamos que ronda los 400 km reales.

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Toyota Mirai Fuel Cell

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toyota Mirai fcell-hidrógeno-elektromovil 2019

El Toyota Mirai es el primer vehículo de producción de Toyota propulsado por un motor eléctrico alimentado mediante una pila de combustible de hidrógeno. Con un diseño que presenta ciertas similitudes con el Toyota Prius, el Mirai muestra ciertos rasgos diferenciadores con los que ofrecer una imagen más arriesgada y poco racional comparada con el resto de la gama de Toyota.

Bajo su capó, el Toyota Mirai cuenta con un motor eléctrico que arroja una potencia de 113 kW (154 CV) y un par máximo de 355 Nm. Gracias a esta mecánica, es capaz de acelerar de 0 a 100 km/h en 9,6 segundos y alcanzar una velocidad máxima de 178 km/h. Su autonomía se sitúa cerca de los 500 kilómetros y el repostaje de hidrógeno se puede realizar entre tres y cinco minutos.

Si bien todavía no se vende en España, el Toyota Mirai ya está disponible en otros mercados europeos como Reino Unido, Dinamarca o Alemania en donde la infraestructura para el uso diario de un vehículo de pila de combustible de hidrógeno está presente.

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El Nexo muestra las virtudes del hidrógeno como combustible. / HYUNDAI

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El Motor se adentra en el universo de este gas probando el Hyundai Nexo. Visitamos el Centro Nacional del Hidrógeno y buscamos respuestas a las preguntas más habituales

Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz. El agua será el carbón del futuro”. La famosa frase de Julio Verne puede leerse completa [esto es un extracto] en La isla misteriosa, una novela publicada nada menos que en 1874.

Hoy en día, 145 años después, la profecía de Verne está más cerca de convertirse en realidad, al menos para el sector del transporte. Y así lo confirman en el CNH, el
Centro Nacional del Hidrógeno (Puertollano, Ciudad Real), que tiene la frase grabada en un mural, y también el Hyundai Nexo, el modelo con esta tecnología más avanzado del mercado, que se ha podido conducir y demuestra la madurez técnica y viabilidad práctica de esta solución.

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elektromovil 2019