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Producción de hidrógeno in situ con aluminio

Área: Química — Jueves, 24 de Mayo de 2007

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Foto: Purdue News Service photo.

Pequeñas bolas hechas de aluminio y galio producen hidrógeno mediante una reacción química al añadir agua. La idea sería producir hidrógeno in situ para uso energético, incluso en automoción.
Desde hace tiempo se viene especulando con la posibilidad de usar células de combustible que produzcan electricidad y que alimenten a un automóvil eléctrico. Las células de combustible (heredadas de la carrera espacial) funcionan muy bien y existe una experiencia de muchos años en su desarrollo. El problema está en el hidrógeno que utilizan. Se necesita alguna fuente de energía primaria para producirlo mediante electrolisis; y lo que es casi peor, hay que almacenarlo de alguna forma.
El hidrógeno tiene poca densidad de energía en forma gaseosa. Alcanza su máximo sólo mediante su licuado criogénico a muy baja temperatura. Aunque también se puede almacenar a alta presión en tanques especiales o en sistemas que usen materiales ultraporosos, todos estos sistemas son pesados, caros y consumen energía. Además está el inconveniente que supondrían las fugas inevitables de este gas, que podrían acumularse en el garaje con la consiguiente posibilidad de explosión.
Ahora en la Universidad de Purdue unos científicos e ingenieros han desarrollado una alternativa al almacenamiento de hidrógeno. El hidrógeno sería producido in situ, y bajo demanda, mediante una reacción química en la que estaría implicada una aleación de aluminio y galio.
La aleación de aluminio y galio se presenta en forma de bolitas metálicas que se colocan en un depósito especial. Cuando se vierte agua sobre ellas se produce la reacción química y se libera de hidrógeno.
El galio es fundamental en el proceso porque se funde fácilmente a baja temperatura y puede disolver el aluminio. El galio no reacciona químicamente con el agua, y actúa sólo como catalizador en el proceso, con lo que se podría conservar en el proceso. Esto es muy importante porque el galio es un material muy caro, mucho más caro que el aluminio.
Sólo hay que añadir agua corriente al depósito para producir hidrógeno al ritmo que sea necesario y en el momento en que se necesite. Aunque no se producen emisiones gaseosas contaminantes, como subproducto se obtendría alúmina (oxido de aluminio) en polvo y galio. El hidrógeno producido se combinaría con el oxígeno atmosférico produciendo energía e inocuo vapor de agua. Dicha recombinación se podría hacer en una célula de combustible para producir electricidad (el sistema más eficiente con un 75% de conversión) o en los cilindros de un motor convencional de combustión interna (eficiencia de un 25%). La alúmina podría ser reciclada para producir de nuevo aluminio.
Al parecer la idea es muy simple, y es extraño que no se haya pensando con anterioridad. El aluminio es un metal muy reactivo que se oxida fuertemente, pero al hacerlo crea un capa superficial que le protege de una ulterior oxidación. Esto sucede incluso con el oxígeno presente en la molécula del agua. El aluminio “roba” el oxígeno de la molécula quedando libre el hidrógeno.
Añadiendo galio estos expertos han conseguido que la capa protectora de óxido no se forme y que la reacción continúe indefinidamente mientras haya oxígeno o agua presente.
Basándose en los precios actuales de los materiales la producción de hidrógeno costaría lo mismo que la gasolina.
Se podrían abaratar más los costes utilizando galio menos puro en el sistema. Actualmente el galio a la venta es muy puro porque se utiliza en la industria microelectrónica de semiconductores, donde la pureza es esencial.
El reciclado de la alúmina también abarataría los costes. Obviamente se necesita energía para reciclar la alúmina en aluminio que se haría a escala industrial mediante un proceso estándar de electrolisis que puede emplear cualquier fuente de energía, renovable o no.
La energía producida mediante energía nuclear podría usarse para este fin con la ventaja de que al estar centralizada no se producirían pérdidas en las líneas de alta tensión, tanto en su construcción como al distribuir la electricidad. Se podría hacer llegar el aluminio al sitio donde se necesitase para así producir hidrógeno.
Cada kilogramo de aluminio produce más de 4 Kwh de energía en forma de hidrógeno al reaccionar con el agua de este modo y otros tantos en forma de calor.
Un automóvil cargado con 160 Kg de aluminio recorrería 560 Km a un coste de 60 dólares si se asume que la alúmina es reciclada en una planta nuclear.
El único inconveniente es que comparado con la gasolina se aumenta el peso del sistema para producir la misma cantidad de energía.
El aluminio se puede transporta de una manera mucho más sencilla, segura y barata que el hidrógeno, eliminando las pegas asociadas a la economía del hidrógeno. Si finalmente se generaliza el uso de células de combustible este sistema sería más rentable que la gasolina y más barato.
Mientras tanto se puede emplear en carritos de golf, sillas de ruedas, equipos de generación de auxiliares respaldo, grupos electrógenos de emergencia para casos de desastres naturales, etc.
Una fundación de esta universidad tiene la patente del proceso y una compañía de Indiana denominada AlGalCo LLC tiene la licencia exclusiva para su comercialización.

Fuente: Nota de prensa de la Universidad de Purdue.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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2 Comentarios

  1. tomás:

    Pros y contras: Ya sabemos que el balance energético será negativo y no hay que asustarse por ello. Hasta que se consiga la fusión, el H2 no será una fuente de energía, pero sí un vector como la electricidad y un almacén similar, p. e. al gas ciudad. El avance que puede conseguirse con el galio es importante, pero hay dos problemas no mencionados: 1º Por cada kg de aluminio obtenido a partir de la alúmina en proceso electrolítico -el mejor hasta ahora- se emiten unos 900 litros de CO2 por consunción de electrodo de carbono. Alguna solución habrá que buscar porque esto sucede en cada ciclo.
    2º A los 160 kg de aluminio para recorrer los 560 km, hay que añadirles, curiosa coincidencia, otros tantos de agua. Es decir 320 kg de “combustible” total; no sólo 160.
    Aun así es un paso más. Mi esperanza es una fotosíntesis artificial veloz y de alto rendimiento, o/y la fusión. Con todo habrá importantes problemas a resolver, porque hay que secuestrar CO2, entre otros. Mientras tanto, adelante con cualquier avance; será camino recorrido hacia una solución. Pero aún más importante: no la habrá sin ahorro energético. Que nadie se frote las manos aunque se consigan descubrimientos maravillosos como los mencionados, porque la verdadera solución no es tener más sino gastar muchísimo menos, y esto no es una prédica religiosa: es una realidad. Nada puede resolver un continuo incremento del gasto, y este consumo desbocado es nuestro auténtico problema.

  2. Jose Piñeiro:

    La idea parece buena, pero tengo serias dudas de que las soluciones de hidrogeno realmente sirvan de algo. Actualmente no hay ningún lugar en la tierra que nos de hidrogeno. Debemos fabricarlo nosotros mismos.
    Por tanto la única utilidad del hidrogeno es como vector energético (exceptuando su teórica fusión). Y para que resulte útil como tal la eficacia ha de ser muy elevada.
    En el sistema propuesto se pierde un 30% de energía en reciclar la alúmina, sobre un 50% en la fabricación del hidrogeno (no parece que el calor desprendido sea aprovechable), un 25% en la pila de combustible y un porcentaje indeterminado en el transporte del combustible y la alúmina.
    Creo que resultaría mucho más eficiente sintetizar gasolina a partir de agua y carbón.
    Cuando nos falte petróleo, el coste de la energía se va a disparar, y con ellos también el coste del aluminio. Además la emisión de CO2 será superior a la síntesis de gasolina. ¿Donde esta la ventaja?
    De nuevo tengo que concluir que el truco esta en gastar menos. No tiene sentido mover una maquina de 1500 kilos para transportar una persona de 80 kilos.
    Aun asi se puede ahorrar mucho en combustible (y dinero, de forma sencilla. Mirar:
    [URL=http://ahorrar-gasolina.blogspot.com/]Ahorrar Gasolina[/URL]

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