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El Hidrógeno cómo fuente de energía
El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatómico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,00794(7) u, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo.
El hidrógeno contiene más energía que otros combustibles comunes por peso, pero al ser el elemento más ligero y estar en estado gaseoso a temperatura y presión ambientales hace que contenga menos energía por volumen que cualquiera de los otros combustibles. Así mismo, aunque sea el elemento más abundante, en nuestro planeta no se encuentra nunca en estado gaseoso (El motivo es que es más ligero que el aire, por lo que si se libera se eleva en la atmosfera), por lo que para obtenerlo necesitamos algún proceso que lo separe de otros elementos.
El hecho de que el hidrógeno sea tan “ligero”, que a temperatura ambiente se encuentre en estado gaseoso y que no se encuentre disponible de forma natural en la tierra condiciona completamente su utilización como combustible y hace que aún no se haya consolidado como una alternativa viable al petróleo. ¿Por qué? El gran problema es cómo obtenerlo y almacenarlo de forma eficiente.
Obtención
Para obtener hidrógeno se necesita descomponerlo de algún compuesto que lo contenga (Normalmente agua o algún combustible fósil) siendo totalmente limpio cuando se obtiene del agua.
- A partir de hidrocarburos: Este método es el que presenta mayor eficiencia de conversión (La energía del combustible a transformar se usa para la transformación), pero también libera emisiones de CO2. Por ejemplo si se convierte gas natural se obtiene un 80% de rendimiento.
- A partir de agua: La más conocida es la electrolisis, este método es poco eficiente (Alrededor del 30%) por lo que la energía necesaria es más útil usarla cómo electricidad que no transformarla.
- A partir de energías renovables: Cuando el agua se expone a altas temperaturas (Entre 800º y 1200ºC) esta se descompone en hidrógeno y oxigeno, si usamos una central de concentración solar, cómo la del Hydrosol-2 de la Plataforma Solar de Almería es posible conseguirlo.
- Termólisis y otras reacciones químicas: En los laboratorios han conseguido crear métodos de producción de hidrógeno a partir de agua mucho más eficientes que la electrolisis, pero ninguno de ellos ha demostrado aún su viabilidad en producción.
- Reacciones biológicas: Algunos residuos, agua sucia y plantas se pueden convertir en hidrógeno mediante la fermentación de sustratos orgánicos o electrohidrogenesis (Que consiste en una electrolisis “aditivada” con materia orgánica).
- A partir de la orina: Un equipo de la Universidad de Ohio publicó un estudio donde afirmaba que la electrolisis de la orina era 3 veces más eficiente que la del agua.
Almacenamiento
El hidrógeno es un gas muy poco denso a temperatura ambiente, esto quiere decir que para almacenar la energía equivalente a la gasolina en hidrógeno necesitaríamos un depósito mucho más grande; para evitarlo se comprime en tanques presurizados, de forma que su densidad sea mayor y necesite menos espacio para almacenar la misma energía. Esto hace el proceso de obtención de hidrógeno más costoso e ineficiente, puesto que se necesita comprimir el gas dentro del tanque.
La otra alternativa es almacenarlo en estado líquido, tal como se hace en los transbordadores espaciales, pero para ello se necesitan depósitos con un gran aislamiento ya que el hidrógeno hierve a -250ºC. Aún así en estado líquido es menos eficiente que la gasolina ya que un litro de esta contiene un 64% más de hidrógeno que el liquido puro.
A todo esto hay que sumar la peligrosidad del hidrógeno, puesto que es uno de los gases más inflamables que existen (Solo superado por el Acetileno) que obliga a extremar la seguridad de los tanques y sistemas de transporte del gas, añadiendo peligro el que su llama sea incolora. El ejemplo más claro de como arde el hidrógeno nos lo dio el Hindenburg.
Usos actuales
Actualmente podemos usar el hidrógeno para dos funciones diferentes: Combustible o generador de electricidad.
Combustible
El hidrógeno es un combustible como la gasolina, por lo que cualquier motor de combustión interna debidamente adaptado podría funcionar con él. Quien más partido le ha sacado desde hace tiempo ha sido la NASA ya que todos los transbordadores espaciales han usado hidrógeno y oxigeno líquido para propulsar sus cohetes internos (No así en los cohetes aceleradores que se usan para el lanzamiento que queman APCP).
La combustión interna del hidrógeno se puede realizar en motores como los actuales de gasolina, con pequeñas modificaciones, dando como únicas emisiones el vapor de agua.
En automoción hay varias empresas que han presentado prototipos de vehículos de combustión alimentados por hidrógeno. En la Wikipedia podéis encontrar la lista de algunos de ellos, pero las empresas que han estado más activa en este campo han sido BMW, que dice ser la primera empresa que ha comercializado un coche propulsado con hidrógeno, aunque, en Diciembre de 2009 anunciaron que dejarían de mantener la flota de los BMW Hydrogen 7 para centrarse en la investigación; y Mazda, que presenté en 2006 el RX-8 Hydrogen RE, un coche propulsado por gasolina o hidrógeno.
Los motores de combustión interna de hidrógeno ofrecen la ventaja de que funcionan igual que los actuales pero son menos eficientes que los eléctricos con pila de combustible al desprender calor, que no es más que energía pérdida.
Generación de electricidad
El uso más prometedor del hidrógeno como energía es el de transformarlo en electricidad mediante una pila de combustible. Este proceso consiste en mezclar hidrógeno con oxigeno a través de unas membranas que separan a los protones de los electrones, obligando a estos últimos a pasar por un circuito externo dónde se genera electricidad, produciendo vapor de agua como único residuo. (Se puede usar cualquier combustible que contenga hidrógeno, pero en este caso también se emitiría CO2)
Este método es más eficiente que la combustión del hidrógeno presentando un rendimiento del 50%, que pese a ser bueno queda muy lejos del 90% de las baterías convencionales.
Los usos para la pila de combustible son múltiples ya que se plantea como una alternativa a las baterías convencionales al tener unos tiempos de recarga mucho más bajos. Mientras la batería se ha de conectar a la red eléctrica para recargarse la pila de combustible solo necesita “repostar” hidrógeno para seguir produciendo electricidad.
Aún así el campo más prometedor y en el que se está investigando más es en su utilización en vehículos, ya que como consumidores estamos acostumbrados a no esperar para repostar el coche. En la Wikipedia podéis encontrar una lista de vehículos con pila de combustible y en esta entrada hay algunos ejemplos de barcos que la utilizan.
La primera empresa que comercializará un coche alimentado por pila de combustible es Honda que alquila su FCX Clarity en EE.UU. y Japón.
Otro uso que se está potenciando mucho es su uso como generadores domésticos de calor y electricidad, reemplazando los calentadores de gas, en Japón hay un programa para incentivar su uso en los hogares.
También se plantea su utilización como almacenes de electricidad eólica o solar para utilizarla cuando le conviene a la red y no sólo cuando está disponible, como sucede en la actualidad.
Más información
En el blog Hydrogen Car Revolution podéis seguir la apuesta entre dos científicos sobre la comercialización masiva de vehículos a hidrógeno a partir de 2015.
Fuentes
AZoCleantech → Hydrogen Energy – The Perfect Energy Source for the Future
Wikipedia → Hydrogen economy, Hydrogen production, Dihidrógeno, Pila de combustible
Hindenburg → Juan de la Cuerva – Dirigibles
En España se pierde uno de cada cuatro litros de agua
En España en el año 2007 tuvimos disponibles 339 litros de agua al día por habitante, de estos se subministraron 306 a la red de distribución. Pero no todos llegaron a su fin, cada día se perdieron 73 litros por persona que no llegaron a ser consumidos, que equivale al 24% del total.
¿Y dónde fue toda esta agua? Pues una parte, 48 litros por persona y día se perdió en fugas de la red (Ya sean permanentes o bien algún tipo de avería o rotura), mientras que el resto desapareció, bien sea por errores de medida, fraudes o motivos desconocidos. A esto, en el Instituto Nacional de Estadística le llaman pérdidas aparentes, mientras que las fugas son pérdidas reales.
Esta ha sido mi forma de introducir el agua en el blog, hace tiempo que quiero hablar de ello, pero primero era necesario explicar cuanta y en qué la gastamos. Así que aquí tenéis un gráfico interactivo con los datos de distribución de agua en España por tipo y año (Las pérdidas reflejadas en el gráfico son solo las reales, ya que las aparentes se empezaron a contabilizar en 2007).
Como podéis ver el consumo de agua ha disminuido cada año y en 2007 ya quedaban pocas comunidades dónde se consumían cerca de 200 litros por día y persona. En cuanto a las fugas en 2007 se estabilizaron, lo cual no es nada positivo puesto que son un 15,7% del total, aunque si contamos las pérdidas aparentes la cosa se dispara hasta el 24% del que hablaba antes.
Y en cuanto a las comunidades autónomas, pues cómo curiosidad aquí tenemos el ranking de 2007:
Consumo doméstico:
1. Cantabria con 189 l/hab/día
2. Extremadura con 187 l/hab/día
3. C. Valenciana con 186 l/hab/día
4. Asturias con 185 l/hab/día
…
15. Baleares con 136 l/hab/día
16. Ceuta y Melilla con 135 l/hab/día
17. Navarra con 126 l/hab/día
18. País Vasco con 125 l/hab/día
Otros Usos:
1. País Vasco con 128 l/hab/día
2. La Rioja con 124 l/hab/día
3. Navarra con 120 l/hab/día
4. Baleares con 96 l/hab/día
…
15. Murcia con 62 l/hab/día
16. Madrid con 61 l/hab/día
17. C. Valenciana con 56 l/hab/día
18. Ceuta y Melilla con 48 l/hab/día
Pérdidas (Total: Reales y aparentes):
1. Ceuta y Melilla con 208 l/hab/día
2. Aragón con 111 l/hab/día
3. Cantabria con 105 l/hab/día
4. Extremadura con 98 l/hab/día
…
14. Cataluña y Murcia con 63 l/hab/día
15. Navarra con 55 l/hab/día
16. País Vasco con 54 l/hab/día
17. Madrid con 49 l/hab/día
Lo más increíble, sin duda, es lo que pasa en Ceuta y Melilla: ¡Hay más agua perdida que contabilizada! Por lo demás, que cada uno saque sus conclusiones.
Fuentes
Los datos los he tomado del Instituto Nacional de Estadística, Indicadores sobre el agua 2004-2007, Serie 2.1 Indicadores sobre el agua por principales indicadores, comunidad autónoma y año (Población a 1 de enero de cada año, según las Estimaciones de la población actual). Aunque busqué información más reciente he sido incapaz de encontrar nada, parece que con el agua pasa lo mismo que con la contaminación atmosférica, encontrar datos actuales es una odisea. En el Ministerio de Medio Ambiente tienen el SIA: Sistema de indicadores del Agua (Acceso a datos agregados en forma de indicadores que reflejan, en pocos valores, los aspectos más relevantes del agua en España) con mucha información pero con datos hasta 2007 (Aunque no todos, algunos son de antes del 2000).
El gráfico interactivo en flash lo he hecho gracias a este tutorial de Flash Explained y al mapa vectorizado de España que encontré en Desfaziendo Entuertos.
Barcos a Hidrógeno
Si hace un tiempo vimos algunos de los coches eléctricos que vienen, hoy quiero hablar de otro medio de transporte que está buscando alternativas al combustible. Desde el año 2000 se han construido diferentes prototipos de barcos con motores eléctricos alimentados por pilas de combustible y hoy me gustaría hablar de los últimos modelos que se han realizado.
H2Yacht
H2Yacht es una empresa que se dedica a construir embarcaciones de recreo propulsadas por Hidrógeno. El tipo de embarcación que usan es un Tuckerboot, unos barcos para aguas tranquilas que se usan desde hace 100 años en el puerto de Hamburgo, siendo durante bastante tiempo el único medio de transporte entre los barcos atracados el río y la orilla. Como se movían con un motor monocilindrico diésel el sonido característico del motor, tuck-tuck, les dio el nombre.
Ellos, en vez de utilizar el motor diesel característico, se han decantado por usar un motor eléctrico alimentado por pilas de combustible de hidrogeno. De momento tienen dos modelos disponibles, el 540 y el 675.
El 540 tiene 5,4m de eslora y capacidad para 6 personas. Está impulsado por un motor eléctrico de 1,34kW y tiene dos depósitos de hidrógeno con una potencia de 1,2kW. Este fue el primer modelo realizado por H2Yacht y su prototipo de pruebas lleva varios años en funcionamiento sin problemas.
El 675 tiene 6,75m de eslora y capacidad para 8 personas. Su motor tiene una potencia de 2,4kW y los depósitos de hidrógeno almacenan 2,4kW de energía. Este modelo se presentó en la feria de barcos de Hamburgo
del año 2006 y tiene un precio estimado de 120.000€.
La última novedad de H2Yacht ha sido mejorar los depósitos de almacenamiento de Hidrógeno haciéndolos móviles. De forma que puedes llevártelos para repostar en sitios dónde el Hidrógeno esté disponible.
Ross Barlow
En 2007 ingenieros de la Universidad de Birmingham convirtieron un viejo barco para ir por los canales en uno alimentado por energía limpia. El antiguo motor diésel fue reemplazado por uno eléctrico de 10kW, mientras que la energía se obtiene a partir de un conjunto de baterías y de una pila de combustible de 5kW.
El motor eléctrico tiene una eficiencia del 89% y está construido con imanes de NdFEB obtenidos por decrepitación de hidrogeno, mientras que las celdas de combustible son cinco cilindros de 130Kg de metal hidruro desarrolladas por la Universidad y los laboratorios EMPA de Zurich capaces de almacenar 2,5kg de Hidrógeno. La presión del gas es de menos de 10 bares y las cinco unidades almacenan el equivalente a cuatro cilindros de gas estándar a 200 bares; según el equipo de desarrollo era el sistema de almacenamiento de hidrógeno sólido más grande usado en ningún medio de transporte en el Reino Unido.
El prototipo navegó por primera vez en Septiembre de 2007 y reposta hidrogeno en una estación de hidrógeno instalada en la rivera. La idea era seguir usándolo con fines educativos y de investigación pero desconozco si es así.
Este barco le debe el nombre a uno de los miembros del proyecto, Ross Barlow, que falleció en 2005 practicando ala-delta.
FCS “Alsterwasser”
ATG, una empresa dedicada al transporte turístico por el lago Alster y los canales de Hamburgo, ha construido un barco turístico con dos células de combustible de 50kW y capaz de transportar a 100 pasajeros. La construcción se ha realizado dentro del proyecto Zemships, subvencionado por la UE, que incluye el desarrollo y fabricación del barco así como de una estación de repostaje. El hidrógeno almacenado esta a 350 bar de presión y permite una autonomía de tres días.
El proyecto se inició en Octubre de 2006 y el 4 de Septiembre de 2008 navegó por primera vez, siendo, según los promotores del proyecto, el primer barco comercial de pasajeros propulsado por hidrógeno. Una vez pasó el invierno, en Abril de 2009 el barco inició su explotación comercial, así que si vais a Hamburgo y queréis hacer turismo verde ya sabéis.
Fuentes
H2Yachts → H2Yacht y AMS (Catalogo en pdf)
Ross Barlow → Universidad de Birmingham (Noticia y web del proyecto) y Green Car Congress
Zemships → Zemships
Vehículos a hidrógeno → Wikipedia
Rural Studio: Arquitectura para la comunidad
La arquitectura es un arte que cada uno interpreta como le gusta. En los extremos hay quien busca la funcionalidad por encima de todo, sin entrar a valorar la estética, y hay quien promueve la imagen del edificio por encima de su practicidad. Yo, que por cierto de arquitecto tengo bien poco, la entiendo como una suma de todo: funcionalidad, adaptación al entorno y estética. Y el orden en que lo he escrito no es casual, si un edificio no es 100% funcional para mí no es “perfecto” por muy bonito que sea.
Una vez hecha una breve explicación sobre como entiendo yo la arquitectura, quiero hablar del Rural Studio. En la Universidad de Auburn, Alabama, EE.UU. existe desde 1993 este estudio dentro de la escuela de arquitectura. Su objetivo era, y sigue siendo, sencillo: Mejorar las condiciones de vida en la Alabama rural (Una de las zonas más pobre y deprimidas de EE.UU.) y dar una experiencia práctica a los estudiantes de arquitectura. Esto lo consiguen colaborando directamente con los clientes y la comunidad directamente. Los estudiantes viven en la misma zona en la que trabajan, entendiendo el contexto en el que trabajan e implantando una de las máximas del proyecto: “La arquitectura debe ser creada desde dentro.”
Desde 1993 el Rural Studio ha construido más de 80 proyectos, en esta entrada de la Wikipedia están todos listados, de los que 30 son casas, 30 espacios públicos y el resto iglesias, parques y obras para la universidad. En todos ellos los estudiantes participan en todas las fases del proyecto, desde la fase inicial de preguntar a la comunidad que necesitan hasta la construcción final.
Todo esto hace que, en mi opinión, sea uno de los mejores ejemplos de arquitectura sostenible, dónde el arquitecto es capaz de solucionar los problemas de una comunidad utilizando el mínimo de recursos posibles.
20K House
Uno de los proyectos estrella ha sido la construcción de casas por 20.000$. Se han realizado cuatro propuestas, una en 2004-2005 (Fase I), otra en 2005-2006 (Fase II), en 2006-2007 (Fase III) y la última en 2007-2008 (fase IV). Las tres tenían como objetivo hacer una casa con un coste de 10.000$ en materiales y 10.000$ en mano de obra.
Fase I
Este proyecto fue realizado por David Garner.
Fase II
Este proyecto fue realizado por Nathalie Leysen, Alexandre Landry, Fernando Abreu, Susan Massey y Kellie Stokes.
Fase III
Este proyecto fue realizado por Karamjit Birk, Sabina Nieto, Jane Sloss, Jeremy Aranoff, and Prof. Steven “white lightning” Long.
Fase IV
Este proyecto fue realizado por Kait Caldwell, Joey Fante, Aimee O’Carroll y Ryan Stephenson.
Newbern Fire Hall
Este proyecto fue realizado por Will Brothers, Elizabeth Ellington, Matthew Finley y Leia Price en el curso 2003-2004.
Refugio de animales de Hale County (Greensboro, Alabama)
En el condado de Hale necesitaban construir un refugio para animales, pero al no disponer de recursos para ello contactaron con Rural Studio para que les ayudaran a construirlo. Su solución fue una nave diáfana con los extremos abiertos (Para favorecer la ventilación natural) y con las jaulas en el interior.
El proyecto fue realizado por Jeff Bazzell, Julieta Collart, Lana Farkas y Connely Farr en el curso 2005-2006.
Glass Chapel
Y por último unas imágenes del proceso del proyecto de diseño y construcción de esta capilla.
Este proyecto fue realizado por Forrest Fulton, Adam Gerndt, Dale Rush y Jon Schumann en el curso 1999-2000.
Fuentes
La información sobre este artículo la he encontrado en la web del Rural Studio, en sorry zorrito, en designboom, en archdaily, en la wikipedia y buscando en Flickr.
Energía eólica disponible en España
Hace un mes y medio publiqué un post con los datos de energía eólica disponible y utilizada en Europa. Los datos de la energía disponible eran del European Wind Atlas del año 1989. Me parecieron antiguos pero, como no fui capaz de encontrar nada más actual con similar detalle de información en la red, los dí por válidos.
Pero he visto que en la web del IDAE existe un Atlas Eólico, que es un mapa interactivo con los datos, a Julio de 2009, del potencial eólico en todo el territorio español. El mapa muestra la velocidad media anual y otros parámetros con una resolución de 100 metros de distancia entre nodos.
Es recomendable para los que queráis más información sobre el potencial eólico de España y lo único que faltaría, en mi opinión, sería añadirle las instalaciones eólicas en funcionamiento.
Fuente
Full dels Enginyers #264
