Apuesta de la Universidad de la República al hidrógeno como energía

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TECNOLOGÍA

Investigadores tienen varias patentes de celdas de combustible; es considerado la reserva de combustible no contaminante más grande del mundo

Empeñados en hacer de la electricidad la única fuente de energía para el futuro, queda relegada la mayor reserva de combustible no contaminante del mundo: el hidrógeno. Este gas se puede generar a partir de fuentes renovables, almacenarse y ser utilizado a través de pilas para generar electricidad sin contaminar. Y Uruguay tiene la capacidad para avanzar en este camino. “Tenemos el know how, tenemos patentes. Podemos fabricar hidrógeno y pilas. Solo falta la decisión y cambiar la cabeza de a poco”, dijo Fernando Zinola, responsable del Grupo interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica de la Universidad de la República.

Esta semana se realizó el XXIV Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica, organizado por Zinola, donde se habló de los adelantos en la materia y se manejó una idea clara: el hidrógeno es el gas que sustituirá a todos los combustibles contaminantes en los próximos años.

“Nosotros no tenemos litio, no tenemos petróleo, no tenemos uranio. Lo que tenemos es agua”, comentó Zinola. El hidrógeno es el decimoquinto elemento más abundante en la superficie terrestre (y forma nueve de cada 10 átomos del universo). Y la producción del gas se obtiene de agua salada en el caso del llamado “hidrógeno verde”. El agua es descompuesta mediante un método que se llama electrólisis que separa los átomos de hidrógeno y de oxígeno; el hidrógeno se almacena en una pila o batería, se usa y se genera más agua al final del ciclo que es reciclada. Es decir, la conversión energética es limpia: no hay emisión ni de anhídrido carbónico ni de monóxido de carbono ni de compuestos de azufre ni nitrógeno, todos tóxicos.

El hidrógeno es el combustible del que se puede obtener la mayor cantidad de energía. Basta esta comparación: 142 megajoules por kilo que equivalen a 33,3 KiloWatts por kilo contra el aporte de 47 megajoules por kilo de la nafta común.

La eficiencia es estimada en el orden del 98%; en el caso de los motores de combustión normales, no es superior al 45%.

Zinola apuntó otra ventaja: “Los motores de combustión térmica producen ruidos; eso es porque accionan partes mecánicas. Las pilas de una calculadora o en un celular, ¿producen ruido? No; no hay polución sonora”.

El más abundante en el universo.

El hidrógeno es el elemento químico más simple que se puede encontrar en la Tierra: su número atómico es 1. Donde más abunda es en las estrellas y en los planetas gaseosos gigantes, donde aparece en estado de plasma.

Sin embargo, el hidrógeno nunca se encuentra solo en la naturaleza, sino que va acompañado formando compuestos químicos. Ejemplos de ello son el agua (H?O) o el metano (CH?). El hidrógeno es el combustible que contiene mayor energía por unidad de masa. Si se compara con otros combustibles, 1 kilo de hidrógeno es equivalente a 2,78 kilos de gasolina o 2,8 kilos de gasoil.

Esta ventaja con respecto a otros combustibles viene contrarrestada por su baja densidad por unidad de volumen.

Proyectos.

El Grupo interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica tiene varias patentes registradas. Han armado pilas completas con potencias que van desde 1 watt hasta 500 watts.

Se fabrica toda la célula de combustible, la que puede ser ilustrada como un “sandwiche”. En realidad es una hoja transparente que recibe el nombre de membrana intercambiadora de protones que funciona como lo haría el líquido de una pila convencional solo que está solidificado. Los electrodos, es decir, los polos positivo y negativo, están pulverizados y prensados de cada lado de la membrana.

Los investigadores fabrican todos los elementos, por ejemplo, placas difusoras de gases para que tengan un tiempo de residencia más grande y se optimice su uso; y varias aleaciones metálicas que absorben distintos tipos de hidrógeno. “Pusimos hasta 16 componentes para estabilizar”, contó Zinola. Se han estudiado nuevos materiales en base a lantano y níquel para duplicar la capacidad de almacenamiento.

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Una celda de combustible a base de hidrógeno fabricada por investigadores uruguayos.

El hidrógeno podría mover las bicicletas, los monopatines, los ómnibus, los taxis y los automóviles particulares. Para el caso de vehículos que requieran una autonomía de 400 kilómetros con el hidrógeno bastan ocho kilos para motores de combustión para lograrlo mientras que con la nafta se necesitan 24 kilos. El uso de motores eléctricos a hidrógeno por celdas de combustible requiere solamente tres kilos para esos 400 kilómetros.

Hasta ahora, los inventos desarrollados en Uruguay solo han servido para emprendimientos muy puntuales dentro del país para UTE y Ancap, pero no así en el exterior. Para Zinola no se ha tenido la voluntad política de adoptar el hidrógeno como parte de la matriz energética.

Ómnibus en San Pablo con diseño uruguayo.

La tecnología desarrollada por el Grupo interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica de la Universidad de la República fue seleccionada para darle movimiento a 30 unidades de ómnibus en la ciudad brasilera de San Pablo. Se trata de un “cinturón eléctrico” que une seis barrios de la periferia de la metrópolis.

En concreto, se implementaron ómnibus híbridos con capacidad para 63 personas para un trayecto total de 33 kilómetros.

Según datos técnicos aportados por el catedrático Fernando Zinola a El País, cada vehículo tiene una autonomía para 300 kilómetros con el uso de hidrógeno. Si es necesario, puede realizar 40 kilómetros solo con la energía almacenada en las baterías. El sistema diseñado permite que pueda moverse solo con la pila de combustible, solo con las baterías o en simultáneo.

Dispone de una capacidad de 45 kilos de hidrógeno y presenta una media de consumo de 15 kilos cada 100 kilómetros recorridos.

A su juicio, un sistema similar podría cubrir el trayecto desde Portones hasta Tres Cruces en la ciudad de Montevideo. Brasil invirtió US$ 16 millones en la adaptación de estas 33 unidades.

Ahora existe el proyecto Verne, desarrollado por Ancap, con el apoyo de UTE y del Ministerio de Industria, Energía y Minería, para la generación de energía del hidrógeno para el transporte pesado. Zinola se ha reunido y expuesto los logros del Grupo interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica. “Quedaron en contestarme”, dijo.

A una escala mayor, con la que sueña Zinola, una planta de generación renovable de electricidad cercana a una gran fuente de agua salina (el océano) aprovecharía las mareas (energía mareomotriz) o las olas (energía undimotriz), descompondría el agua en oxígeno (liberado a la atmósfera sin problema contaminante alguno) e hidrógeno que, tras un almacenaje en depósitos como se hace con el gas, estaría disponible para ser usado como combustible. Desde los depósitos, el hidrógeno se trasladaría hasta las unidades de consumo (fábricas u hogares) a través de gasoductos.

Gris, azul o verde: ¿Qué significa cada color?

Hay diversas formas de producir hidrógeno y dependiendo del método, puede ser catalogado como hidrógeno gris, azul y verde.

Se denomina “hidrógeno gris” cuando se utiliza el proceso de reformado de hidrocarburos, que genera gases de efecto invernadero como dióxido de carbono.
Si el anterior proceso consta de tecnología para capturar y almacenar esos gases de efecto invernadero, evitando su emisión a la atmósfera, se denomina “hidrógeno azul”.

Por último, cuando este hidrógeno no produce ningún gas de efecto invernadero, se denomina “hidrógeno verde”. Un ejemplo es la electrólisis del agua y este es el método que promueven las investigaciones del Grupo interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica de la Universidad de la República encabezado por Fernando Zinola.

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