Hidrógeno, ¿el combustible del futuro?

HIDRÓGENO, COMBUSTIBLE DEL FUTURO

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El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, el más ligero, incoloro, inodoro e insípido y en condiciones normales su estado es gaseoso. Se trata de un elemento que constituye el 75% de la materia del universo y existe en abundancia en nuestro planeta, pero no en estado puro, sino que se encuentra combinado con otros elementos como por ejemplo con el oxígeno (con el cual forma agua). Esto significa que el hidrógeno no es un combustible que podamos obtener directamente del medio natural sino que se trata de un “vector energético”, al igual que la electricidad, que tiene que ser producido a partir de diversas materias primas, utilizando distintas fuentes de energía a través de distintos procedimientos. Por lo tanto el hidrógeno puede ser considerado como el análogo químico de la electricidad y el único combustible verdaderamente limpio[1].

En la actualidad más del 90% del hidrógeno que producimos es obtenido a partir de combustibles fósiles, aunque lo deseable sería obtenerlo a partir de agua puesto que si esta energía es obtenida a través de productos químicos o derivados del petróleo, dicha utilización carecería de sentido puesto se estarían empleado procesos “sucios” y contaminantes de fabricación. Es por ello que para que podamos seguir hablando del hidrógeno como combustible sostenible y respetuoso con el medio ambiente en primer lugar hay que analizar qué medios se van a utilizar para generar la electricidad que posteriormente se empleará para poder extraer el hidrógeno del agua mediante electrolisis; en este sentido existen principalmente dos opciones: la primera opción consistiría en utilizar conjuntamente la energía eólica y la fotovoltaica y la segunda consistiría en utilizar la energía nuclear[2] (sin embargo esta opción no cuenta con prácticamente ninguna aceptación social). En este sentido cabe señalar que el hidrógeno producido mediante electrolisis será tan “limpio” como “limpia” sea la electricidad empleada en su producción.

En relación a la utilización de la energía fotovoltaica para realizar la electrolisis los científicos de la Universidad de Stanford han publicado recientemente un estudio en el que se describe un nuevo método con el que se podría generar hidrógeno a partir de agua y sol y cuyo coste económico sería similar al del hidrógeno obtenido a través de los combustibles fósiles al lograr incrementar la eficiencia de la electrolisis solar, en este sentido los investigadores del Laboratorio de Energías Renovables de Golden (Colorado) aseguran que el denominado “Método Stanford”, consistente en una especie de fotosíntesis artificial, ha ofrecido los resultados más prometedores de los últimos 40 años en este campo.

La energía obtenida a partir del hidrógeno, al ser una de las energías que cuenta con mayores índices de sostenibilidad, se proyecta como una energía que puede llegar a sustituir a los combustibles fósiles, especialmente en el sector de la automoción puesto que, como el hidrógeno se encuentra en grandes cantidades en nuestro planeta y su proceso de producción es relativamente fácil pudiendo ser realizado en cualquier país, ya no tendríamos que depender de los proveedores de energía mundiales, lo cual originaría importantes cambios geopolíticos.

Los fabricantes de automóviles se encuentran inmersos en una carrera tecnológica para lograr adaptar sus diseños a motores eléctricos alimentados mediante pilas de combustible[3] que utilicen hidrógeno, todo ello para tratar de buscar una alternativa al petróleo.

En este sentido la marca BMW tiene previsto que para el año 2020 el 20% de los vehículos fabricados utilicen como combustible hidrógeno obtenido a partir de energías renovables mediante un proceso completamente limpio[4]. Por su parte, la marca Daimler-Chrysler, a diferencia de BMW, está apostando por la utilización de metanol procedente de biomasa como biocarburante para separar el hidrógeno al ser más barato y fácil de transportar que el hidrógeno líquido, si bien contamina más que este último. Para que estos vehículos, que ya han demostrado la viabilidad del uso de nitrógeno como combustible, sean competitivos solo es necesario que empiecen a fabricarse de forma masiva.

A pesar de todo lo hasta aquí expuesto el hidrógeno tiene que superar numerosos problemas a la hora de poder consolidarse como lo que muchos ya denominan “el combustible del futuro”. Siendo el principal reto al que se enfrenta el tratar de disminuir la dificultad actual a la hora de asegurar un suministros adecuado de hidrógeno limpio a precios competitivos y crear una red general de distribución del mismo.

Asimismo también es un gran inconveniente el hecho ya expuesto de que no existe hidrógeno en estado “puro” en la naturaleza y que dicho elemento tenga que ser producido, puesto que ello origina una dificultad añadida a la hora de competir con otro tipo de combustibles más abundantes y sobre todo disponibles (como por ejemplo los hidrocarburos, aunque cada vez son menos abundantes). Sin embargo los métodos de producción del hidrógeno están evolucionando considerablemente mejorando su eficacia y reduciendo sus costes.

Otro problema lo encontramos en que al tener el hidrógeno menos energía por unidad de volumen que otros combustibles sus costes de distribución son más altos; es por ello que en la actualidad es producido cerca de los puntos de consumo -por lo general en grandes plantas industriales-  distribuyéndolo mediante tuberías o por transporte terrestre. Es por ello que para lograr que el hidrógeno se consolide como combustible será necesario una  red de transporte y distribución mucho más amplia. En este sentido que el hidrógeno se distribuya mediante una red de tuberías no es una solución muy compleja, aunque la construcción de dichas infraestructuras tendría un coste económico muy elevado si bien actualmente se está barajando la posibilidad de aprovechar las infraestructuras de distribución de gas natural.

El almacenamiento del hidrógeno en aplicaciones en las que el espacio es limitado también es un problema; esto se traduce, en el caso de los automóviles, en un problema de autonomía puesto que debido a la baja densidad energética del hidrógeno serían necesarios depósitos de combustible mucho más grandes para lograr la misma autonomía que se obtiene con los combustibles procedentes de los hidrocarburos. Las actuales soluciones a este problema consisten en utilizar hidrógeno líquido o presurizado, si bien ambas opciones presentan problemas de seguridad y de repostaje.

Asimismo, al ser el hidrógeno un gas incoloro e inodoro es prácticamente imposible de detectar por el ser humano y su amplio margen de inflamabilidad unido a su baja energía de ignición favorece la aparición de incendios. La mayoría de los gases tienden a enfriarse cuando se expanden, sin embargo el hidrógeno tiene un comportamiento anómalo que hace que se caliente cuando se expande y es por ello que en los casos de escape, al aumentar su temperatura y entrar en contacto con el oxígeno del aire existe un alto riesgo de explosión. Para solucionar este problema debemos partir de la realización de estrictos controles de seguridad en relación al uso de hidrógeno como combustible.

A modo de conclusión podemos señalar que el hidrógeno no es tóxico ni contaminante, no mancha ni huele y con el uso de la tecnología adecuada su uso y producción no perjudica el medio ambiente. Se trata de un elemento que ya ha realizado numerosos aportes a nuestra sociedad y cuenta con un gran índice de sostenibilidad por lo que es uno de los combustibles con un futuro más prometedor y es muy probable que sea solo cuestión de tiempo que se convierta en el combustible principal de todas las sociedades del planeta.

En la Unión Europea se ha creado un proyecto comunitario[5] que estudia la viabilidad del hidrógeno como combustible para el transporte con el objetivo de tratar de reducir la contaminación atmosférica y desde hace unos años podemos encontrarnos en Madrid, Barcelona y en otras grandes ciudades europeas autobuses movidos por hidrógeno.

FUENTES:

[1]    El único problema de contaminación que presenta el hidrógeno es leve, y consiste en que cuando dicho elemento arde dentro de una máquina puede (no siempre) producir óxido nitroso. Este fenómeno se origina cuando el nitrógeno del aire se combina con el oxígeno no quemado en los motores de combustión interna.

[2]    En relación al uso de la energía nuclear debemos señalar que si se aprovecha el calor residual de la planta para realizar la electrolisis el coste asociado a la producción de hidrógeno sería muy bajo.

[3]    La pila de combustible consiste en una batería que, mediante el hidrógeno, genera electricidad de forma constantemente por la reacción del oxígeno del aire con el hidrógeno almacenado en un depósito. Esta reacción genera agua que se utiliza para refrigerar la pila y la energía liberada se utiliza para alimentar los motores eléctricos que mueven el vehículo.

[4]    BMW está apostando por la energía solar para para separar el hidrógeno, y es por ello que la marca se encuentra involucrada en la construcción de una gran central fotovoltaica en el desierto californiano de Mojave.

[5]    Programas de lanzamiento rápido (Quick Start) – http://europa.eu/eur-lex/fr/com/rpt/2003/com2003_0690fr01.pdf

Las velas y los buques de transporte marítimo ¿Una solución de eficacia?

Las velas y los buques de transporte marítimo – ¿Una solución de eficacia?

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La historia de la vela es casi tan antigua como la misma historia de la navegación. A lo largo de los siglos las velas han ido evolucionando, cambiando tanto su forma -cuadrada, trapezoidal, redonda, triangular- su material -papiro, cuero, lino, esparto, juncos, cañas, cáñamo, sintéticas, etc.- como su número y tamaño. A pesar de todos estos cambios el principal uso y el principio básico de su funcionamiento siempre ha sido el mismo: utilizar la fuerza del viento (la energía eólica) para proveer de propulsión a las embarcaciones.

El origen de la vela resulta incierto, si bien los hallazgos arqueológicos más antiguos encontrados hasta la fecha sitúan el concepto primigenio en el Antiguo Egipto entre los años 3200 y 2700 A.C. puesto que se han hallado grabados datados en esas fechas en los que aparecen representadas diversas embarcaciones impulsadas por velas. Sin embargo no solo los antiguos egipcios utilizaban la vela, sino que dicho instrumento era empleado por la mayoría de los pueblos de la antigüedad: íberos, griegos, fenicios, romanos, etc.

En relación a la forma de propulsión de la vela, al contrario de lo que se suele suponer, dicha propulsión no solo se produce por el mero empuje del viento sobre la vela, puesto que de ser así solo se podría navegar en la dirección del viento (sotavento), sino que el funcionamiento de la vela es mucho más complejo:

En 1738 el científico Daniel Bernoulli descubrió que un aumento en la velocidad del flujo de aire en relación con la corriente de aire libre circundante causa una disminución de la presión donde tiene lugar el flujo de aire más rápido. Esto es lo que sucede en el lado de sotavento de la vela: el aire se acelera y crea un área de baja presión detrás de la vela.

Según el principio de Bernoulli el aire, al igual que el agua, es un fluido. Cuando el viento se encuentra con la vela y ésta lo divide, una parte del viento se adhiere al lado convexo (sotavento) y se mantiene en el lugar. Para que el aire “no atrapado” que se encuentra justo encima de él pueda atravesar la vela, tiene que inclinarse hacia afuera en dirección al flujo de aire que no ha sido afectado por la vela. Pero esta corriente de aire libre tiende a mantener su flujo recto y actúa como una especie de barrera. La combinación de la corriente de aire libre y la curva de la vela crean un canal estrecho a través del cual tiene que viajar el volumen inicial de aire. Como no puede comprimirse por sí solo, este aire debe acelerarse para poder pasar a través del canal. Ésta es la razón por la cual la velocidad del flujo de aire aumenta en el lado convexo de la vela[1].

Aplicando el principio de Bernoulli y utilizando el tipo de velas adecuadas -triangulares o latinas- es posible que una embarcación pueda avanzar en dirección contraria a la del viento[2] (barlovento).

Con el paso de los siglos la vela ha ido evolucionando desde las velas cuadradas o redondas que no eran capaces de navegar formando un ángulo menos de 90º respecto a la dirección del viento y cuyos navíos seguían dependiendo del uso de los remos (birremes, trirremes, drakkars); hasta las velas triangulares o latinas que, como ya hemos expuesto, son capaces de ceñir el viento, lo cual permite la navegación en contra de la dirección de este, en ángulos menores de 90º, llegando incluso a los 45º.

A partir del S. XIII se ve haciendo habitual la construcción de embarcaciones con más de un mástil y se van realizando cambios tanto en el tamaño como en la forma de las velas, encontrándonos con las “cocas”, los “jabeques”, las “galeras”, las “carabelas”, los “galeones”, las “fragatas” hasta llegar a los “clippers” en el S. XIX, siendo estos los últimos y más eficaces veleros que en su momento cambiaron por completo el diseño naval y que superaban con creces a los barcos de vapor de la época puesto que su capacidad para recorrer miles de millas sin necesidad de realizar escalas para recargar carbón les otorgaba una importante ventaja competitiva. Sin embargo, a finales del S. XIX, y debido a que la apertura del Canal de Suez en el año 1869 redujo considerablemente las distancias de muchas rutas marítimas, estos grandes veleros comenzaron a devenir obsoletos y las máquinas a vapor empezaron paulatinamente a sustituir a las velas tradicionales. Con el paso de los años la propulsión mecánica se fue haciendo cada vez mas barata y ya durante la Primera Guerra Mundial, el aumento del costo de los materiales con los que se fabricaban las velas y sus aparejos supuso el declive de la navegación a vela durante más de un siglo.

Actualmente el 87% del comercio internacional pertenece a la industria del transporte marítimo[3]. Si bien el transporte marítimo es uno de los medios de transporte más respetuosos con el medio ambiente; debido a que la inmensa mayoría de transportes marítimos se realizan en buques que emplean combustibles fósiles para su propulsión, dicha industria produce entre un 3% y un 5% de todas las emisiones globales de dióxido de carbono y el 10% de las emisiones de dióxido de azufre[4]. Se calcula que 16 grandes buques de carga porta contenedores contaminan al año lo mismo que todos los vehículos del mundo[5]. Si dicho sector fuera un país sería el sexto país a nivel mundial en cuanto a número de emisiones de gases con efecto invernadero[6]; en este sentido la Organización Marítima Internacional estima que las emisiones de gases con efecto invernadero provenientes de dicho sector podría crecer entre un 150% y un 250% para el año 2050. Reducir todas estas emisiones implica tener que lidiar con la regulación marítima internacional, con los intereses de las potencias mundiales que dependen del transporte para continuar con su crecimiento económico y con las navieras que dominan el actual comercio mundial; lo que implica que nos encontramos ante un gigante que actualmente es incapaz de ofrecer respuestas eficaces a los retos medioambientales del siglo XXI.

Durante los últimos años está aumentando el número de proyectos que tratan de reincorporar el uso de la vela en el transporte marítimo de mercancías[7], principalmente debido al aumento del precio de los combustibles derivado de su paulatino agotamiento. En los últimos 100 años no se prestó atención al tipo de combustibles que usábamos, pero hoy en día esto está cambiando[8] puesto que el modelo actual no es sostenible ni desde un punto de vista económico ni para el medio ambiente; la acelerada velocidad con la que cambia la economía y las finanzas, el precio de los combustibles y la crisis climática son factores de inflexión que implican un necesario cambio en el actual modelo económico.

El uso de la vela en el transporte marítimo conlleva una serie de ventajas: Desde un punto de vista económico y de eficiencia implica un ahorro de combustible lo que conlleva un ahorro en relación a los costes de fletamiento del buque y por lo tanto un menor precio del transporte de la mercancía. Se trata de un recurso natural gratuito cuyo uso no produce emisiones ni contaminación por lo que es respetuosa con el medio ambiente al causar un bajo impacto ambiental (siendo este un tema que preocupa bastante a los departamentos de responsabilidad social corporativa de las navieras).  Finalmente cabe señalar que aumenta la calidad del transporte.

Sin embargo el uso de la vela también implica una seria de inconvenientes -muchos de ellos subsanables- como son: a) Los plazos lazos de entrega, puesto que algunas mercancías perecederas tienen tiempos de entrega muy definidos. b) Falta de previsión de los vientos, aunque no de todos puesto que en este sentido algunos vientos soplan durante varios meses en la misma dirección, por ejemplo los vientos elíseos que soplan hacia un lado por encima del ecuador y hacia el lado contrario por debajo, siendo estos unos vientos que tenían muy en cuenta los antiguos navegantes en  las rutas transatlánticas. c) Implica replantear las rutas de navegación, de manera que en vez de tomar el camino más corto para viajar más rápido tendremos que elegir la ruta más optima teniendo en cuenta las condiciones climáticas y la dirección del viento para ahorrar energía. d) Disminuye la capacidad de carga de los navíos[9] -aunque esto puede cambiar a medida que vaya mejorando la tecnología- y disminuye la velocidad[10], sin embargo debemos señalar que en la actualidad los grandes buques porta contenedores han reducido su velocidad de crucero con el objeto de ahorrar combustible siendo su velocidad actual similar a la de los grandes buques veleros que navegaban hace 100 años. e) Las cadenas logísticas internacionales ya establecidas resultan inviables para los barcos con velas puesto que sería necesario realizar cambios en los sistemas de carga y descarga de los buques.

La reincorporación de la vela en el transporte marítimo no implica la vuelta a los veleros clásicos, sino que de lo que se trata es de la adopción de nuevos navíos híbridos con sistemas de propulsión mixtos, teniendo en cuenta que actualmente la propulsión a vela se realiza de una forma mucho más eficiente que en el pasado al existir nuevos y mejores conocimientos sobre diseño, aerodinámica y materiales que permiten reducir el peso de los barcos a la par que aumentan su resistencia. Si las velas se combinan con combustibles ecológicos -por ejemplo biocombustibles o metano- y con otras energías renovables -como la solar- pueden llegar a convertirse en el transporte marítimo del futuro.

FUENTES:

La historia de la vela – http://www.todoababor.es/articulos/ev-vela.htm

Logística y medio ambiente – Transporte marítimo en barcos de vela – http://elprismaverde.wordpress.com/2012/02/04/logistica-y-medio-ambiente-transporte-maritimo-en-barcos-de-vela/

Velas de nueva generación para reducir el consumo de combustible en un 30%: una mirada al pasado para afrontar el futuro – http://www.ime.es/blog/2012/05/11/velas-de-nueva-generacion-para-reducir-el-consumo-de-combustible-en-un-30-una-mirada-al-pasado-para-afrontar-el-futuro/

Nueva generación de velas para el transporte marítimo – http://www.ingenieros.es/noticias/ver/nueva-generacion-de-velas-para-el-transporte-maritimo/2383

Transporte marítimo a vela, ¿una alternativa sostenible? – http://www.seguridadnautica.es/transporte-maritimo-a-vela-una-alternativa-sostenible

Comercio marítimo a vela en el siglo XXI – http://www.abc.es/vela/reportaje/comercio-maritimo-a-vela-en-el-siglo-xxi/

Transporte de mercancías con barcos de vela – http://www.ecologiaverde.com/transporte-de-mercancias-con-barcos-de-vela/#ixzz2yQ5h3G60

Vuelven los barcos a vela – http://www.ecologiahoy.com/vuelven-los-barcos-a-vela

La era de los barcos de vela inspira nuevas formas de transporte marítimo –  http://mexico.cnn.com/planetacnn/2010/12/13/la-era-de-los-barcos-de-vela-inspira-nuevas-formas-de-transporte-maritimo

Barcos del siglo XIX ‘vuelven’ para revolucionar el transporte marítimo – http://mexico.cnn.com/planetacnn/2012/10/12/barcos-del-siglo-xix-vuelven-para-revolucionar-el-transporte-maritimo

Ecoliner buque híbrido porta-contenedores que utiliza velas controladas por ordenadorhttp://generatuenergia.com/2012/11/26/ecoliner-barco-porta-contenedores-hibrido-con-velas-automaticas-controladas-por-ordenador-y-motor/

Skysails, sostenibilidad aplicada al mundo marítimo – http://www.motorpasionfuturo.com/industria/skysails-sostenibilidad-aplicada-al-mundo-maritimo

Un gran carguero con velas ahorra combustible – http://www.elcorreodelsol.com/articulo/un-gran-carguero-con-velas-ahorra-combustible

La crisis hace rentable – otra vez – la navegación a vela – http://maikelnai.elcomercio.es/2009/04/22/la-crisis-hace-rentable-otra-vez-la-navegacion-a-vela/

Cargueros a vela para salvar el planeta – http://ultimahora.es/menorca/noticias/local/2012/82687/cargueros-vela-para-salvar-planeta.html

Cargueros chinos combinarán el poder del viento y el sol – http://www.fayerwayer.com/2008/11/cargueros-chinos-combinaran-el-poder-del-viento-y-el-sol/

Cargueros recorren duro camino para bajar emisiones de C02 – http://www.americaeconomia.com/negocios-industrias/cargueros-recorren-duro-camino-para-bajar-emisiones-de-c02

Propulsión eólica en grandes cargueros – http://elpaniol.blogspot.com.es/2009/02/propulsion-eolica-en-grandes-cargueros.html

Barcos del siglo XIX ‘vuelven’ para revolucionar el transporte marítimo. – http://www.seresponsable.com/2012/10/12/que-vuelvan-los-barcos-cargueros-del-siglo-xxi-a-favor-del-comercio-sostenible/

[1]   La navegación a vela – Guillaume Florent –

     http://www.planetseed.com/es/sciencearticle/navegacion-vela-del- trabajo-la-diversion

[2]Simulador de navegación a vela: http://www.planetseed.com/files/flash/science/features/people/sailing/06/es/EU_sail_06.html?width=750&height=570&popup=true

[3]De acuerdo con las cifras ofrecidas por la Organización Marítima Internacional.

[4]Según los últimos datos ofrecidos por Naciones Unidas.

[5]De acuerdo con un estudio realizado por Fairtransport chips.

[6]Según cifras ofrecidas por Philip Roche, abogado marítimo del despacho inglés Norton Rose.

[7]Por ejemplo el proyecto Wind Challenger, el proyecto Transoceanic Wind, el proyecto Vindskip o el proyecto Skysails entre otros.

[8]El costo de los combustibles a aumentado un 400% desde el año 2000 según cifras de la Cámara Naviera Internacional.

[9]Según Jeremy Harrison, Director de comunicaciones de la Cámara de Transporte Marítimo, a menos que se construyan navíos tan grandes y que admitan tanta carga como los actuales seria muy difícil alcanzar ahorros de escala competitiva.

[10]Un navío mercante normal puede alcanzar velocidades de hasta 25 nudos mientras que la velocidad de los navíos con propulsión a vela suele rondar entre los 8 y los 10 nudos.