Hidrógeno
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Hidrógeno
El átomo de hidrógeno tiene un núcleo formado por un protón con una unidad de carga eléctrica positiva; a este núcleo se asocia también un electrón con una unidad de carga eléctrica negativa.Entre las Líneas En condiciones normales, el hidrógeno gaseoso es un conjunto suelto de moléculas de hidrógeno, cada una de ellas formada por un par de átomos, una molécula diatómica, H2. La primera propiedad química importante que se conoce del hidrógeno es que se quema con el oxígeno para formar agua, H2O; de hecho, el nombre de hidrógeno deriva de palabras griegas que significan “hacedor de agua”.
Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante del universo (tres veces más abundante que el helio, el siguiente elemento más abundante), sólo constituye un 0,14% de la corteza terrestre en peso. Sin embargo, se encuentra en grandes cantidades como parte del agua de los océanos, las capas de hielo, los ríos, los lagos y la atmósfera. Como parte de innumerables compuestos de carbono, el hidrógeno está presente en todos los tejidos animales y vegetales y en el petróleo. Aunque a menudo se dice que hay más compuestos conocidos de carbono que de cualquier otro elemento, lo cierto es que, dado que el hidrógeno está contenido en casi todos los compuestos de carbono y también forma multitud de compuestos con todos los demás elementos (excepto algunos de los gases nobles), es posible que los compuestos de hidrógeno sean más numerosos.
El hidrógeno elemental encuentra su principal aplicación industrial en la fabricación de amoníaco (un compuesto de hidrógeno y nitrógeno, NH3) y en la hidrogenación de monóxido de carbono y compuestos orgánicos.
El hidrógeno tiene tres isótopos conocidos. Los números de masa de los isótopos del hidrógeno son 1, 2 y 3, siendo el más abundante el isótopo de masa 1, generalmente llamado hidrógeno (símbolo H, o 1H) pero también conocido como protio. El isótopo de masa 2, que tiene un núcleo de un protón y un neutrón y se ha denominado deuterio, o hidrógeno pesado (símbolo D, o 2H), constituye el 0,0156 por ciento de la mezcla ordinaria de hidrógeno. El tritio (símbolo T, o 3H), con un protón y dos neutrones en cada núcleo, es el isótopo de masa 3 y constituye alrededor del 10-15 al 10-16 por ciento del hidrógeno. La práctica de dar nombres distintos a los isótopos del hidrógeno se justifica por el hecho de que existen diferencias significativas en sus propiedades.
Paracelso, médico y alquimista, experimentó en el siglo XVI, sin saberlo, con el hidrógeno cuando descubrió que se desprendía un gas inflamable al disolver un metal en ácido. Sin embargo, el gas se confundía con otros gases inflamables, como los hidrocarburos y el monóxido de carbono.Entre las Líneas En 1766 Henry Cavendish, químico y físico inglés, demostró que el hidrógeno, entonces llamado aire inflamable, flogisto o principio inflamable, se diferenciaba de otros gases combustibles por su densidad y por la cantidad que evolucionaba a partir de una cantidad determinada de ácido y metal.Entre las Líneas En 1781 Cavendish confirmó las observaciones anteriores de que se formaba agua al quemar hidrógeno, y Antoine-Laurent Lavoisier, el padre de la química moderna, acuñó la palabra francesa hydrogène de la que deriva la forma inglesa.Entre las Líneas En 1929, Karl Friedrich Bonhoeffer, químico físico alemán, y Paul Harteck, químico austriaco, basándose en trabajos teóricos anteriores, demostraron que el hidrógeno ordinario es una mezcla de dos tipos de moléculas, el ortohidrógeno y el parahidrógeno. Debido a la sencilla estructura del hidrógeno, sus propiedades pueden calcularse teóricamente con relativa facilidad. De ahí que el hidrógeno se utilice a menudo como modelo teórico para átomos más complejos, y que los resultados se apliquen cualitativamente a otros átomos.
Véase sus propiedades físicas y químicas más abajo.
Datos verificados por: Brite
A continuación se examinará el significado.
¿Cómo se define? Concepto de Hidrógeno
Véase la definición de Hidrógeno en el diccionario. El hidrógeno (H), es una sustancia gaseosa incolora, inodora, insípida e inflamable, y es el miembro más simple de la familia de los elementos químicos.
Enlace de Hidrógeno
Un enlace de hidrógeno es la interacción que se produce cuando un átomo de hidrógeno, unido covalentemente a un átomo electronegativo, interactúa con otro átomo.
Energías de enlace
La mayoría de los enlaces de hidrógeno tienen energías en el rango de 4-6 kcal/mol (17- 25 kilojulios/mol) e implican aquellos entre grupos funcionales (como en el agua, los alcoholes o los ácidos) o como en las amidas o las aminas y átomos de oxígeno (como en el agua, los alcoholes, los carbonilos o los ésteres). El enlace de hidrógeno más fuerte que se conoce es el que se encuentra en el ion difluoruro de hidrógeno, que se ha estimado de forma variada en 37-55 kcal/mol (155-230 kJ/mol). Por tanto, el enlace de hidrógeno medio es de una energía mucho menor que la de un enlace químico normal (>100 kcal/mol o 418 kJ/mol). Aunque el enlace de hidrógeno da lugar a una interacción específica entre los átomos, dando lugar a un complejo con distancias y ángulos característicos, especialmente en el estado sólido, es difícil establecer un límite inferior para la entalpía del enlace H porque los métodos experimentales de detección son cada vez más sensibles y precisos.
Cuanto más débil es el enlace de hidrógeno, más corta es la vida del complejo que forma. La detección de enlaces de hidrógeno débiles suele consistir en medir tiempos de vida cada vez más cortos de especies que se asocian y disocian rápidamente en equilibrio. Este es un problema difícil porque la transferencia de protones a lo largo de los enlaces de hidrógeno pertenece a las reacciones químicas más rápidas que se conocen, y en la mayoría de los estudios experimentales sólo se determinan los valores medios y las estructuras “promedio”.
Un aspecto importante de la formación de enlaces de hidrógeno débiles es que los diferentes agregados moleculares que se forman pueden transformarse fácil y reversiblemente. Así, los pequeños cambios de energía que se producen al crear y romper rápidamente los enlaces de hidrógeno en los sistemas biológicos son de gran importancia; por ejemplo, el enlace de hidrógeno determina la configuración de la famosa hélice α y las estructuras de la mayoría de las proteínas, por lo que cumple una importante función en la determinación de la naturaleza de todos los seres vivos. Véase también: Ácido desoxirribonucleico (ADN); Proteínas
Espectroscopia
Aunque en la formación de los enlaces de hidrógeno suelen producirse ligeros cambios energéticos, el conjunto, una vez formado, modifica casi todas las propiedades físicas medibles de la especie original. Para investigar los enlaces de hidrógeno, las técnicas más utilizadas son la espectroscopia de infrarrojos y la de resonancia magnética nuclear.Entre las Líneas En el método de infrarrojos, la frecuencia de estiramiento 2H de la imagen agráfica se desplaza a valores más bajos y va acompañada de un ensanchamiento de la banda y un aumento de la intensidad. Estos cambios suelen ser fácilmente discernibles, pero en el caso de enlaces de hidrógeno muy fuertes, el desplazamiento y el ensanchamiento son tan drásticos que resulta difícil asignar correctamente las nuevas frecuencias.Entre las Líneas En el caso de la resonancia magnética nuclear, el enlace de hidrógeno suele desplazar la resonancia del protón a campos más bajos. Véase también: Espectroscopia infrarroja; Resonancia magnética nuclear (RMN)
Difracción de neutrones
Aunque las técnicas de infrarrojos y de resonancia magnética nuclear pueden aportar una información considerable sobre la formación de enlaces de hidrógeno, el contenido de información es mucho mayor cuando se trata de estudios de difracción de sólidos cristalinos. El método elegido es la difracción de neutrones (frente a la difracción de rayos X), porque en el primer caso los átomos de hidrógeno se dispersan casi tan bien como cualquier otro átomo, mientras que su dispersión suele quedar anulada en el caso de los rayos X. El análisis de la estructura cristalina por difracción de neutrones se ha convertido en la mejor sonda disponible para el estudio de la geometría de los enlaces. El ion dicloruro de hidrógeno, (CHl2)-, con una energía de enlace de unas 12 kcal/mol (49 kJ/mol) parece ser simétrico (átomo de H centrado) en algunas sales y asimétrico en otras. Otros tipos de interacciones de átomos de hidrógeno son cada vez más importantes en catálisis. Véase también: Difracción de neutrones
Teoría
Los avances en la teoría han permitido definir mejor ciertas contribuciones a las energías de los enlaces de hidrógeno. La importancia relativa de las fuerzas de distinto origen (dispersión, polarización, intercambio, culombio, etc.) se ha podido estimar utilizando tanto los métodos de orbitales moleculares como la teoría de perturbaciones.Entre las Líneas En general, parece que la teoría cuántica ofrece descripciones fiables de los imers y trimers aislados, pero falla cuando se trata de grandes agrupaciones del tipo que se encuentra en las fases condensadas.
Datos verificados por: Thompson
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Pilas de Combustible de Hidrógeno
“Los coches de pila de combustible, en cambio [de los híbridos], se esperan más o menos en el mismo calendario que el viaje tripulado de la NASA a Marte y tienen más o menos el mismo nivel de probabilidad”.
Scientific American
Mayo 2004
En los últimos años se ha dado mucho bombo al hidrógeno y a la implantación de pilas de combustible de hidrógeno. El interés no hace más que aumentar a medida que los países de todo el mundo tratan de reducir sus emisiones de carbono, reutilizar la infraestructura existente cuando sea posible y abandonar los vehículos con motor de combustión interna.Si, Pero: Pero una parte de la literatura señala con dureza las dificultades prácticas de la transición a una economía del hidrógeno y revela por qué, dadas las pruebas cada vez más sólidas de la gravedad del cambio climático, ni la política gubernamental (o, en ocasiones, de la Administración Pública, si tiene competencia) ni la inversión empresarial deberían basarse en la creencia de que los coches de hidrógeno tendrán un éxito comercial significativo a corto o medio plazo. Romm, que ayudó a dirigir el programa del gobierno federal sobre el hidrógeno y las pilas de combustible durante la administración Clinton, ofrece un provocador manual sobre la política, el negocio y la tecnología del hidrógeno y la protección del clima.
Por supuesto, el hidrógeno no es una tecnología nueva: existe desde hace doscientos años, como escribió el visionario autor de ciencia ficción Julio Verne en su novela de 1875, La isla misteriosa:
“Sí, amigos míos, creo que el agua se empleará un día como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno, que la constituyen, utilizados solos o juntos, proporcionarán una fuente inagotable de calor y luz de una intensidad de la que el carbón no es capaz.”
La Asociación Internacional de la Energía elaboró un informe en junio de 2019 en el que se constata que “el hidrógeno limpio goza actualmente de un impulso político y empresarial sin precedentes, con un número de políticas y proyectos en todo el mundo en rápida expansión”. Se trata de una llamada a las armas, en la que se concluye que “ahora es el momento de ampliar las tecnologías y reducir los costes para permitir que el hidrógeno se utilice ampliamente”.
Sin embargo, el hidrógeno no es una tecnología nueva. Existe desde hace mucho tiempo: ayudó a impulsar los primeros motores de combustión interna hace 200 años y, desde entonces, se ha convertido en un componente clave de la industria moderna del refinado. Los principales usos actuales del hidrógeno son como materia prima para procesos industriales y químicos, por ejemplo, el refinado de productos petrolíferos, metanol o amoníaco.
Tal y como expone la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) en un informe de septiembre de 2019, estos usos actuales cambiarán, ya que existen habilidades transferibles que se obtienen en estas industrias:
“Aunque el uso actual del hidrógeno tiene una relevancia directa limitada para la transición energética, ha dado lugar a una amplia experiencia en el manejo del hidrógeno.Entre las Líneas En varios países y regiones existen sistemas de tuberías de hidrógeno de cientos de kilómetros que han funcionado sin incidentes durante décadas. Del mismo modo, existe un largo historial de transporte de hidrógeno en camiones especializados”.
Hydrogen Basics, una guía elaborada por Hydrogen Europe, es un recurso introductorio ideal para quienes no conocen el panorama y la terminología del hidrógeno.Entre las Líneas En ella se cita el reformado al vapor del gas natural como el “método más utilizado para la producción de hidrógeno”, con un 70%. Le siguen el petróleo, el carbón y la electricidad (como recurso energético secundario). Aunque la contribución de las energías renovables como fuente de producción ha sido pequeña hasta la fecha, está previsto que aumente.
TECNOLOGÍA DE ELECTROLISIS
La electrólisis del agua es el proceso de utilizar la electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Esta reacción se lleva a cabo en electrolizadores, dispositivos que pueden variar en tamaño hasta instalaciones de producción a gran escala que pueden estar vinculadas a parques eólicos y solares.
Como el agua pura no es especialmente buena conductora, los electrolizadores utilizan sustancias que son capaces de conducir la electricidad cuando se disuelven en el agua y que se conocen como electrolitos. Existen diferentes tipos de electrolizadores en función de:
- los materiales electrolíticos que utilizan y
- la temperatura a la que funcionan.
Las tecnologías de electrólisis a baja temperatura son las más desarrolladas. La electrólisis a alta temperatura también es posible, pero aún está en fase de desarrollo y no está disponible comercialmente. Se espera que, a su debido tiempo, aumente la eficiencia de la conversión (la eficiencia se mide como la cantidad de electricidad necesaria para producir una determinada cantidad de hidrógeno) y se produzca gas de síntesis para su uso en combustibles líquidos sintéticos.
Los electrolizadores pueden ser a gran escala, o pueden utilizar el enfoque modular favorecido por Enapter.
Por último, unas palabras sobre las pilas de combustible. Una pila de combustible genera electricidad a partir de una reacción electroquímica, al igual que una batería, pero el “combustible” al que se suele hacer referencia es el hidrógeno, por ejemplo, el producido por la electrólisis. La pila de combustible convierte la energía química del hidrógeno en electricidad al reaccionar el hidrógeno con el oxígeno para formar agua y, como subproducto, liberar electrones a través de un circuito externo en forma de corriente eléctrica. Las pilas de combustible pueden producir electricidad indefinidamente siempre que se suministre el hidrógeno y el oxígeno. Para nuestros lectores más técnicos, pueden encontrar más información sobre el funcionamiento de las pilas de combustible aquí.
MOTORES DE CRECIMIENTO
Hay muchos factores que impulsan el interés y el crecimiento del hidrógeno verde. Muchos países han firmado el Acuerdo de París y, por tanto, buscan reducir las emisiones de carbono. Su objetivo es limitar el impacto del cambio climático y, más concretamente, limitar el aumento de la temperatura global a 1,5 grados centígrados. Algunos países han ido incluso más allá, siendo el Reino Unido la primera gran economía en consagrar por ley un objetivo de emisiones netas cero en junio de 2019. Como informó Naciones Unidas en septiembre de 2020, el “número de compromisos para alcanzar las emisiones netas cero por parte de los gobiernos locales y las empresas se ha duplicado aproximadamente en menos de un año”.
Como parte de este compromiso, muchos gobiernos de todo el mundo pretenden prohibir los vehículos con motor de combustión interna de cara a 2050.Entre las Líneas En su informe Global EV Outlook 2020, publicado en junio de 2020, la AIE señaló que “17 países han anunciado objetivos de vehículos con cero emisiones o la eliminación progresiva de los vehículos con motor de combustión interna hasta 2050”. El informe citaba a Francia como el primer país que lo ha convertido en ley en diciembre de 2019, con una fecha límite de 2040. El Reino Unido ha aumentado recientemente (noviembre de 2020) su ambición, adelantando la fecha objetivo a 2030. Según la BBC, “el Reino Unido ocupa ahora el segundo lugar después de Noruega, que tiene como fecha de abolición de los vehículos de combustible fósil el año 2025”.
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
La reducción de las emisiones de carbono en la producción de electricidad es, en cierto modo, la parte más fácil del rompecabezas. Está claro que se ha empezado a trabajar en la reducción de las emisiones en el transporte por carretera, tal y como se ha expuesto anteriormente. Sin embargo, también es necesario reducirlas en el transporte de larga distancia, la calefacción y la industria. El hidrógeno puede desempeñar un papel importante en este ámbito.
APLICACIONES
Existen muchas aplicaciones para las tecnologías del hidrógeno y muchas más industrias con un gran potencial. Es un momento emocionante para las partes interesadas en estas industrias, ya sea para transformar y revitalizar los negocios existentes, para crear nuevos modelos de negocio o para desplegar nuevas tecnologías del hidrógeno.
Las aplicaciones actuales y potenciales del hidrógeno incluyen:
- Como combustible de sustitución del petróleo y el gas, aprovechando los gasoductos existentes;
- Una exportación potencial para impulsar las economías;
- Revitalización de los puertos industriales;
- Combustible para barcos, vehículos pesados y mercancías;
- Transporte marítimo, tanto de barcos como de cruceros;
- La aviación;
- Transporte submarino; y
- Almacenamiento del “exceso” de energía renovable, por ejemplo, de la eólica marina.
Características de Hidrógeno
No todo el hidrógeno es igual: hay todo un arco iris de hidrógeno, y no todo es “limpio”.
Propiedades físicas y químicas
Los puntos de fusión y ebullición extremadamente bajos son el resultado de las débiles fuerzas de atracción entre las moléculas. La existencia de estas fuerzas intermoleculares débiles también se pone de manifiesto por el hecho de que, cuando el gas hidrógeno se expande de alta a baja presión a temperatura ambiente, su temperatura aumenta, mientras que la temperatura de la mayoría de los demás gases desciende. Según los principios termodinámicos, esto implica que las fuerzas de repulsión superan a las fuerzas de atracción entre las moléculas de hidrógeno a temperatura ambiente; de lo contrario, la expansión enfriaría el hidrógeno. De hecho, a -68,6° C predominan las fuerzas de atracción y, por tanto, el hidrógeno se enfría cuando se le permite expandirse por debajo de esa temperatura. El efecto de enfriamiento es tan pronunciado a temperaturas inferiores a la del nitrógeno líquido (-196° C) que el efecto se utiliza para alcanzar la temperatura de licuefacción del propio gas hidrógeno.
El hidrógeno es transparente a la luz visible, a la luz infrarroja y a la luz ultravioleta hasta longitudes de onda inferiores a 1800 Å. Como su peso molecular es inferior al de cualquier otro gas, sus moléculas tienen una velocidad superior a las de cualquier otro gas a una temperatura determinada y se difunde más rápidamente que cualquier otro gas.Entre las Líneas En consecuencia, la energía cinética se distribuye más rápidamente a través del hidrógeno que a través de cualquier otro gas; tiene, por ejemplo, la mayor conductividad térmica.
📬Si este tipo de historias es justo lo que buscas, y quieres recibir actualizaciones y mucho contenido que no creemos encuentres en otro lugar, suscríbete a este substack. Es gratis, y puedes cancelar tu suscripción cuando quieras: Qué piensas de este contenido? Estamos muy interesados en conocer tu opinión sobre este texto, para mejorar nuestras publicaciones. Por favor, comparte tus sugerencias en los comentarios. Revisaremos cada uno, y los tendremos en cuenta para ofrecer una mejor experiencia.Una molécula de hidrógeno es la molécula más simple posible. Está formada por dos protones y dos electrones unidos por fuerzas electrostáticas. Al igual que el hidrógeno atómico, el conjunto puede existir en varios niveles de energía. Véase el ortohidrógeno y parahidrógeno.
Datos verificados por: Brite
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Recursos
[rtbs name=”informes-jurídicos-y-sectoriales”][rtbs name=”quieres-escribir-tu-libro”]Traducción de Hidrógeno
Inglés: Hydrogen
Francés: Hydrogène
Alemán: Wasserstoff
Italiano: Idrogeno
Portugués: Hidrogénio
Polaco: Wodór
Tesauro de Hidrógeno
Industria > Química > Elemento químico > Hidrógeno
Industria > Química > Industria química > Producción de hidrógeno > Hidrógeno
Véase También
Química Inorgánica
Economía del hidrógeno
Producción de hidrógeno
Seguridad del hidrógeno
Tecnologías del hidrógeno
Hidrógeno líquido
Pirólisis del metano (para el hidrógeno)
Pirólisis
Elementos químicos
No metales activos
No metales diatómicos
Biología de los elementos químicos
Farmacología de los elementos químicos
Combustible de fusión nuclear
Tecnología de la aviación
Agentes reductoresM
oléculas de señalización gaseosa
Aditivos numéricos
Bibliografía
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Considero muy importante esta afirmación que se da en el texto: “Las tecnologías de electrólisis a baja temperatura son las más desarrolladas. La electrólisis a alta temperatura también es posible, pero aún está en fase de desarrollo y no está disponible comercialmente”.
Para mi, esta: “Como parte de su compromiso para alcanzar las emisiones netas cero, muchos gobiernos de todo el mundo están tratando de prohibir los vehículos con motores de combustión interna de cara a 2050”.
Leí un libro sobre este tema, y sus mitos. El hidrógeno es el elemento más común del universo. Ahí acaban las buenas noticias.
La mala noticia, según Joseph J Romm, es que extraerlo de sus diversas fuentes, incluida el agua, es, en la actualidad, muy costoso.
Romm describe la electrólisis del agua como una “tecnología madura” con un enorme inconveniente: cuesta más de 1,4 unidades de energía para obtener 1 unidad de energía de hidrógeno. En otras palabras, se utiliza más energía para obtenerlo que la que ofrece a cambio.
Otra opción es utilizar el calor residual de las centrales nucleares, pero ¿realmente quieres ir por ese camino para salvar el planeta?
Todo esto resume el problema del hidrógeno: en cuanto a su uso para alimentar flotas de vehículos, las distintas pilas de combustible están en fase de I+D, pero su almacenamiento seguro -dada la enorme compresión necesaria- es un problema enorme, que requiere materiales costosos y normas de seguridad exigentes.
Pero el mayor problema de todos, según Romm, es que los vehículos y la infraestructura -almacenamiento, tuberías de suministro y el equivalente del hidrógeno en las gasolineras- tienen que entrar en funcionamiento junto con los vehículos. O se consiguen las dos cosas, o ninguna. Y los costes son enormes: corresponde a los gobiernos iniciar y subvencionar.
El experimento de Islandia, que se describe en la segunda parte del libro, parece interesante hasta que uno se da cuenta de la situación única de Islandia y de su escasa población.
(Si la Corriente del Golfo sobrevive al cambio climático -un gran “si”- Islandia parece ser el lugar que podría sobrevivir cuando otros se hundan). Me pregunto si aceptan inmigrantes).
Romm escribe con un estilo sencillo, pero gran parte del contenido técnico me sobrepasa. No dejes que eso te desanime, ya que Romm ofrece útiles resúmenes al final de la mayoría de los capítulos, y obtendrás la visión general. Y es un panorama sombrío.
Como muchos autores en este campo, Romm cree que el tiempo no está de nuestra parte:
“… si no actuamos durante esta década para reducir las emisiones de efecto invernadero -especialmente si lo hacemos porque nos hemos creído el bombo y platillo sobre las perspectivas a corto plazo del hidrógeno- los historiadores nos condenarán por no haber actuado cuando teníamos los hechos para guiarnos, y lo más probable es que vivan en un mundo con un clima mucho más caluroso y duro que el nuestro, y que haya sufrido un cambio irreversible a peor”.
¿Están prestando atención en la Casa Blanca? ¿Están prestando atención Tony? Y tú, Melanie Phillips: ¿cuántas negaciones meretrices más vas a escribir en The Daily Mail?
Lee este libro: el hidrógeno podría salvar la economía mundial, pero está muy lejos en el futuro si no hacemos nada.
El libro realiza un excelente trabajo en el que se analizan las limitaciones económicas y técnicas que impiden la adopción generalizada del hidrógeno como combustible energético principal a corto plazo.
Sin embargo, la premisa que impregna todo el libro es que, a largo plazo, “el hidrógeno es el futuro”.
Por tanto, el mensaje es que el hidrógeno es el futuro, pero va a tardar mucho tiempo por varias razones, entre ellas la necesidad de algunos avances tecnológicos.
En lo que respecta al transporte, como ha señalado ASB, este libro no ha tenido en cuenta los vehículos impulsados por baterías. Muchos libros recientes sobre energías alternativas han señalado que seguramente será mucho más eficiente
a). generar electricidad, enviarla por una línea de transmisión, utilizarla para cargar un vehículo
en lugar de
b) tomar esa misma electricidad, convertirla en hidrógeno, enviarla con gran dificultad al usuario final, almacenarla en un vehículo con gran dificultad, y luego volver a convertirla en electricidad en el vehículo
Una de mis firmes convicciones, a medida que el mundo va pasando a las energías renovables, es que todo lo que podamos hacer utilizando electricidad en lugar de combustibles químicos, lo haremos, porque, en general, las fuentes de energía renovables producen electricidad, no combustibles químicos.
En el ámbito de la electricidad, ¿tendrá un papel el hidrógeno? Posiblemente.
Por ejemplo, si la energía solar térmica se adopta de forma generalizada como fuente principal de electricidad, utilizar parte de la electricidad durante las horas de luz para crear hidrógeno a partir de la electrólisis que sirva de combustible para hacer funcionar el generador cuando se ponga el sol podría ser una posibilidad.
¿Y los combustibles químicos? Para las aplicaciones en las que estos combustibles son absolutamente esenciales, los biocombustibles podrían servir. Como menciona el autor en el libro, el gran problema de los biocombustibles es la bajísima eficiencia con la que las plantas utilizan la energía solar, por lo que se necesita una gran cantidad de terreno para producir una cantidad sustancial de biocombustible.
Si nuestro futuro energético resulta ser uno en el que domina la electricidad, con los biocombustibles sirviendo como un producto de nicho para aquellas aplicaciones que requieren absolutamente combustibles químicos, entonces no está nada claro que nos dirijamos a una “economía del hidrógeno”, ni a corto plazo, como afirmaría el rosado Rifkin, ni a largo plazo, como parece creer el autor de este libro, mucho más astuto y conocedor.
El otro punto que me gustaría mencionar es el fuerte enfoque del autor en el calentamiento global. Creo que estamos al principio del fin de la era de los combustibles fósiles, tanto por el calentamiento global como por el pico del petróleo.
Felicito al autor por mencionar el pico del petróleo. Curiosamente, parece pensar que el pico del petróleo puede ser un factor mucho menos determinante para el abandono de los combustibles fósiles, ya que los políticos se limitan a despreciar las predicciones de escasez de combustibles fósiles como un simple grito de quienes llevan varias décadas gritando que se están acabando los combustibles fósiles.
Sin embargo, creo que los defensores del pico del petróleo opinarían en general que se acerca muy pronto, y que el dramático aumento de los precios del petróleo y del gas natural que provocará obligará a la sociedad a reconocer que esta vez es real, y que será mejor que desarrollemos rápidamente energías alternativas, independientemente de lo preocupados que estemos por el calentamiento global, simplemente porque sencillamente tendremos demasiado poco petróleo y gas natural para continuar con el statu quo.
Supongo que esa es otra de las quejas que tengo con el libro, el autor trata mucho sobre el uso del hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles.
El autor examina esas alternativas para calibrar si podrían proporcionar una reducción neta de las emisiones de carbono. (y generalmente concluye que no hay beneficio neto)
Pero, como hombre del pico del petróleo, me inclino a descartar de plano cualquier enfoque energético “provisional” que implique combustibles fósiles. Aunque debo admitir que hay un buen ejemplo en el que una tecnología de transición de este tipo tiene algún beneficio, a saber, el vehículo híbrido.
A pesar de las diferencias filosóficas que tengo con algunas de las premisas del autor, hay una gran cantidad de información en este libro sobre las tecnologías relacionadas con el hidrógeno, así como otras tecnologías energéticas, y es un libro que merece la pena leer.
Poco después de la formación del universo, tras la presunta aniquilación de la antimateria por un ligero exceso de materia y la condensación de un plasma de quark-gluones en bariones, sólo quedaron protones y neutrones (junto con los electrones). A las altas temperaturas imperantes, éstos se combinaron para formar núcleos atómicos ligeros, como el 2H y el 4He. La mayoría de los protones permanecieron sin cambios y representaron los futuros núcleos de 1H. Después de unos 380.000 años, la densidad de radiación del universo se había vuelto tan baja que los átomos de hidrógeno podían formarse simplemente fusionando los núcleos con los electrones sin ser inmediatamente desgarrados de nuevo por un fotón.
A medida que el universo continuó enfriándose, se formaron gradualmente nubes de gas de hidrógeno bajo la influencia de la gravedad y sobre la base de las fluctuaciones espaciales de densidad, que inicialmente se agruparon a gran escala para formar galaxias y protoestrellas en su interior. Bajo la creciente presión de la gravedad, finalmente comenzó la fusión nuclear, en la que el hidrógeno se funde en helio. Así se formaron las primeras estrellas y más tarde el sol.
Las estrellas están formadas, hasta ahora, predominantemente por plasma de hidrógeno. La fusión nuclear del hidrógeno 1H en helio 4He tiene lugar principalmente a través de las etapas intermedias de deuterio 2H y helio 3He o a través del ciclo Bethe-Weizsäcker. La energía liberada en este proceso es la fuente de energía de las estrellas. El hidrógeno contenido en nuestro sol constituye la mayor parte de la masa total de nuestro sistema solar.
Los planetas gaseosos también están formados en gran parte por hidrógeno. Bajo las presiones extremas que existen a gran profundidad en los grandes planetas gaseosos Júpiter y Saturno, puede existir en forma metálica. Este núcleo “metálico” es conductor de la electricidad y probablemente genera el campo magnético de los planetas gaseosos.
Fuera de los sistemas estelares, el hidrógeno también se encuentra en las nubes de gas. En las llamadas regiones H-I, el elemento está presente en forma atómica y no ionizada. Estas regiones emiten una radiación de unos 1420 MHz, la llamada línea de 21 cm, también llamada línea HI o de hidrógeno, que se origina en las transiciones del momento angular total. Desempeña un papel importante en la astronomía y se utiliza para localizar y estudiar los depósitos de hidrógeno en el espacio.
En cambio, las nubes de gas ionizado con hidrógeno atómico se denominan regiones H-II. En estas regiones, las estrellas emiten grandes cantidades de radiación ionizante. Con la ayuda de las regiones H-II, se pueden extraer conclusiones sobre la composición de la materia interestelar. Debido a la constante ionización y recombinación de los átomos, a veces emiten una radiación visible que a menudo es tan fuerte que estas nubes de gas pueden verse con un pequeño telescopio.
Y en 1913, los resultados de las investigaciones sobre el hidrógeno dieron lugar al modelo atómico de Bohr, con cuya ayuda es posible una descripción comparativamente sencilla de muchas propiedades del átomo de hidrógeno. Uno se imagina que el electrón orbita el núcleo en una determinada trayectoria circular. Según Bohr, el electrón también puede saltar a otras órbitas definidas con precisión en función de su distancia al núcleo, incluso a órbitas más alejadas, si se le suministra la energía necesaria (por ejemplo, mediante colisiones en un gas calentado o en una descarga eléctrica de gas). Al saltar de una trayectoria exterior a una interior, se emite en cada caso una radiación electromagnética u onda de una determinada longitud de onda correspondiente a la energía liberada. Este modelo puede utilizarse para explicar las líneas espectrales del átomo de H, que en la luz visible se encuentran en las longitudes de onda de 656 nm, 486 nm, 434 nm y 410 nm (serie de Balmer); en el rango ultravioleta se encuentra la serie de Lyman con longitudes de onda de 122 nm, 103 nm, 97 nm y 95 nm. Las series importantes en el infrarrojo son la serie de Paschen (1,9 µm; 1,3 µm; 1,1 µm y 1 µm) y la serie de Brackett (4,1 µm; 2,6 µm; 2,2 µm y 1,9 µm) (en todas las series sólo se dan aquí las cuatro primeras líneas). Sin embargo, el modelo de Bohr no es suficiente para la observación de los detalles y de otros átomos para explicar los fenómenos observados o medidos en estas series.
Físicamente es más correcta la descripción mecánica cuántica, que atribuye al electrón orbitales atómicos espacialmente extendidos en lugar de las órbitas planas de Bohr. El átomo de H es el único para el que el problema de valores propios tanto de la ecuación de Schrödinger no relativista como de la ecuación de Dirac relativista puede resolverse analíticamente, es decir, sin utilizar métodos numéricos. Por lo demás, esto sólo es posible para los iones tipo hidrógeno, que también han sido ampliamente estudiados y que sólo tienen un electrón restante (He+, Li2+, etc. hasta el U91+).
Otros fenómenos de la mecánica cuántica provocan otros efectos. La estructura fina de las líneas espectrales se debe, entre otras cosas, a que el momento angular orbital y el espín del electrón se acoplan entre sí. Si también se tiene en cuenta el espín nuclear, se llega a la estructura hiperfina. Una corrección muy pequeña, pero físicamente muy interesante, es el desplazamiento Lamb causado por las fluctuaciones electromagnéticas del vacío. Debido a todas estas correcciones, el espectro del hidrógeno se convierte ya en un fenómeno complejo, cuya comprensión requiere muchos conocimientos teóricos en mecánica cuántica y electrodinámica cuántica.