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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
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
Los coches eléctricos que vienen (Resumen)
Bueno, pues una vez acabados los tres posts sobre los coches eléctricos, quería hacer una pequeña tabla resumiendo las características de cada uno. Más que nada para ver si serán la panacea o simplemente no están vendiendo humo.
Para mi los dos datos más interesantes son la autonomía y el tiempo de carga, este, para poder compararlo mejor, lo he calculado en km de autonomía por hora de carga. Visto lo visto, parece que BYD sabe algo que los demás no saben, porque, como mínimo, dobla la capacidad de carga de los demás. A partir de aquí que cada uno saque sus conclusiones sobre si lo que nos ofrecen es suficiente para todos los usos que le damos al coche, ya que si nos ponemos racionales la mayoría no tendría coche propio y alquilaría uno cuando lo necesitara.
Por cierto, no he querido comparar los tiempos de carga rápida porque cómo parece que aún no hay un estándar no servirá para todos igual, o sólo servirá en algunos sitios (Por ejemplo en casa cuando adaptemos nuestra instalación eléctrica).
Energía geotérmica disponible y utilizada
Sigo analizando las fuentes de energías renovables y el provecho que se les está sacando, empecé con la energía solar fotovoltaica y después vino la eólica. Ahora le llega el turno a una fuente de energía que, según algunos, podría abastecer perfectamente todas nuestras necesidades energéticas: La energía geotérmica.
Al tratarse del calor interno de la tierra se utiliza para generar electricidad o se aprovecha el calor directamente para calefacción. Lo curioso es que, según la Wikipedia en Inglés, un tercio de la energía extraída para calefacción se utiliza para climatizar piscinas o balnearios, especialmente en Asia.
La información disponible en la red es, como muchas veces, confusa. Aunque al final he encontrado unos mapas que muestran el potencial y el uso de la energía geotérmica en Europa.
El primer mapa nos muestra la energía disponible en Europa, dónde se ve claramente que los países con una alta actividad volcánica disponen de un potencial mucho más elevado.
El segundo mapa nos muestra la potencia instalada de generación de electricidad geotérmica en el año 2007. Los datos están en W por habitante, por lo que el país que tiene más potencia instalada, Italia con 810MW, no destaca tanto cómo Islandia, con 420MW.
En el tercer mapa tenemos la energía geotérmica utilizada por habitante para calefacción. Aquí todo cambia bastante siendo los países con temperaturas más extremas los que intentan aprovechar más esta fuente de energía.
Todos los mapas los he sacado del Energie-Atlas. Una web que acabo de descubrir, gracias a la web del GENI (Global Energy Network Institute), y que tiene mucha información sobre las energías renovables usadas en todo el mundo, así como su potencial. De hecho, una vez visto toda la información que disponen no creo necesario seguir llenando este blog con más información de este tipo, ya que la mayoría se puede encontrar allí.
En cuanto al resto del mundo, los países que más aprovechan la energía geotérmica para generar electricidad son Estados Unidos (2687MW), Filipinas (1970MW), Indonesia (992MW) y México (953MW). Toda esta información y más sobre el resto de países que generan electricidad a partir del calor de la tierra la podéis encontrar en este informe del año 2007 (pdf), dónde se analizan el tipo de plantas de generación de electricidad disponibles en cada país. Si os interesa el tema merece la pena leerlo.
Los coches eléctricos que vienen (Tercera Parte)
Aquí llega la tercera (y última) entrega de los coches eléctricos que llegarán al mercado en un futuro próximo. Si en las otros dos posts busqué las novedades presentadas en los salones de Frankfurt y Tokio, aquí voy a tratar de listar los otros modelos que se han presentado durante el último año, así como aquellos que ya se comercializan, o lo harán en breve.
Tesla Roadster
El Tesla Rodaster es el eléctrico de moda en USA. Es un biplaza descapotable basado en la plataforma del Lotus Elise y existen dos versiones, la base y la sport. La versión base tiene un motor de 215kW, acelera de 0-96km/h en 3.9s, una velocidad máxima limitada a 200km/h y una autonomía de 390km. El conjunto de baterías es de Ion-Litio y tiene un ciclo de vida de 7 años o 100.000 ciclos de carga. El tiempo de recarga de la batería es de tres horas y media utilizando el conector especifico de Tesla Motors para casa (220V – 70A), carga a un ritmo de 90km de autonomía por hora, mientras que usando el cargador más lento (El que viene incluido con el coche) el ritmo de carga es de 8km por hora, con lo que tardaríamos 48h en cargarlo completamente. También hay soluciones intermedias, en su web podéis encontrar más información.
Este modelo se comercializa en USA desde hace unos meses, y en Europa desde Septiembre. En la web de Tesla hay una sección de su blog con posts escritos por clientes, todos están encantados con su nuevo coche. Y en el último Global Green Challenge un Tesla Rodaster batió el record de autonomía de un coche eléctrico de producción dejándolo en 501km, aquí hay un resumen de cómo lo consiguieron.
Por cierto, en su web hay un post muy interesante sobre la autonomía que creen ser capaces de conseguir en función de la velocidad, así como de las resistencias a las que se enfrenta el coche en movimiento.
El precio en USA es a partir de 101.500$ (Impuestos incluidos) mientras que en Europa es de 89.000€ antes de impuestos.
Tesla Model S
El Model S será la berlina eléctrica de Tesla, tiene capacidad para 5 adultos y dos niños y se venderá a partir de 2011. En la web de Tesla no hablan de la potencia del motor pero el modelo acelerará de 0-96km/h en 5.6s, tendrá una velocidad máxima limitada a 200km/h y una autonomía máxima de 480km, según el kit de baterías que se elija, existiendo también opciones con una autonomía de 250km y 370km. Tampoco hay demasiada información acerca del tiempo de carga, sólo que existirá la opción de carga rápida en 45 minutos así como la posibilidad de intercambiar las baterías en menos de 5 minutos.
El precio en USA empezará en 49.900$ para la versión básica, que supongo que será la que tiene la autonomía más limitada.
Mini E
Desde principios de año está disponible en USA una versión eléctrica del Mini. Sobre la base del actual Mini, BMW ha eliminado los asientos traseros para instalar el conjunto de baterías. El resultado es un coche con un motor eléctrico de 150kW, una aceleración de 0-100km/h en 8.5s, una velocidad máxima limitada a 152km/h y una autonomía de 240km (En el ciclo americano FTP 72).
El conjunto de baterías de Ion-Litio tienen una capacidad de 35kWh, de los que se usan 28. El tiempo de carga estimado para la batería es de 23.6h cuando se conecta a una toma estándar USA (110V – 12A), 4.4h en una toma de 220V – 32A y 2.6h en una toma rápida (220V – 48A).
El coche está disponible en leasing en Nueva York y Los Angeles para 500 personas que son usadas como “beta-testers”. Todas las unidades han sido ya asignadas y sus dueños ya están rodando. Al ser casi protoitpos de prueba algunas unidades han tenido problemas, y el dueño de una de ellas la ha hecho pública y aprovecha para comparar el desarrollo del Mini con el del futuro Chevrolet Volt.
BYD E6
BYD es un fabricante chino de baterías, actualmente provee a casi el 70% del mercado mundial, que en el año 2003 decidió entrar fuerte en el sector de la automoción. El modelo E6 es un crossover con capacidad para cinco personas disponible con dos potencias diferentes (75kW y 200kW). Según la información disponible en la web del proyecto movele la única diferencia entre los dos modelos es la potencia y la velocidad máxima (140 y 160km/h para la versión más potente), siendo la aceleración, la autonomía y el tiempo de carga idénticos entre ambos modelos.
Así pues las dos versiones aceleran de 0-50 en 5s, tienen una velocidad máxima de 140 y 160km/h respectivamente y una autonomía de 300km. El conjunto de baterías tiene una capacidad de 59kWh, necesitando 7 horas conectado a la red estándar para cargarse completamente.
Según parece estará disponible en España a partir de Marzo del 2010.
Chana Benni
Chana es otro fabricante de coches chino. Dentro de su gama existe el modelo Benni que es un coche urbano de 3.5m; tiene un motor eléctrico de 20kW, una velocidad máxima de 80km/h, acelera de 0-50km/h en 10s y una autonomía de 120km. El conjunto de baterías tiene una capacidad de 9kWh y se cargan completamente en 9 horas. El único inconveniente que le veo es que el número de ciclos que aguanta la batería son 800, con lo que pueden no llegar a durar los dos años que tienen de garantía.
El coche está incluido en los vehículos subvencionados por el plan movele y tendrá un precio sin IVA de 12.200€.
Tata Indica Vista EV
La empresa india Tata también comercializara un coche eléctrico en 2010. Al modelo Indica le han cambiado el motor de gasolina por uno eléctrico de 55kW; tiene la velocidad máxima limitada a 110km/h, acelera de 0-50km/h en 9s y tiene una autonomía de 200km. El conjunto de baterías de Ion-Litio tiene una capacidad de 26,5kWh y tardan 8 horas en cargarse completamente cuando se conecta a la red estándar.
Este coche también entra dentro del plan movele y tendrá un precio sin IVA de 25.862€.
Fuentes
Tesla Roadster → Tesla
Tesla Model S → Tesla
Mini E → BimmerFiles
BYD E6 → Wikipedia, espacioCOCHES.com, movele
Chana Benni → movele
Tata Indica Vista EV → movele
