Primer análisis de los requisitos de agua para una economía del hidrógeno
Escrito por Kanijo en Ciencias de la Tierra, TecnologíaUno de los beneficios que se vende sobre la futurista economía del hidrógeno de Estados Unidos es que el suministro de hidrógeno — en forma de agua — es virtualmente ilimitado. Esta suposición se toma como cierta de tal forma que no ha habido ningún gran estudio que haya considerado completamente cuánta agua sería necesaria para mantener una economía del hidrógeno sostenible.
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| Este gráfico muestra el consumo anual de agua como materia prima y refrigerante para generar 60 mil millones de kg de hidrógeno, lo cual está influenciado tanto por la fracción de hidrógeno producido por electrólisis generada termoeléctricamente y por las eficiencias del electrolizador. Crédito de la imagen: Michael E. Webber. |
Michael Webber, Director Asociado del Centro para Energía Internacional y Política Ambiental en la Universidad de Texas en Austin, recientemente ha cubierto tal hueco proporcionando el primer análisis de los requerimientos totales de agua con datos recientes para una economía de hidrógeno “de transición”. Aunque la economía del hidrógeno se espera que esté a pleno rendimiento para el 2050 (de acuerdo con un informe de 2004 del Consejo de Investigación Nacional [NRC]), una economía mundial de transición del hidrógeno tendrían lugar en aproximadamente 30 años, para el 2037.
En este momento, el NRC predice una producción anual de 60 mil millones de kg de hidrógeno. El análisis de Webber estima que esta cantidad de hidrógeno usaría aproximadamente entre 57 y 207 billones de litros de agua anualmente como materia prima para producción electrolítica y refrigerante de la energía termoeléctrica. Esto es entre 156 y 567 mil millones de litros por día, un incremento de entre un 27 y un 97% de los 585 mil millones de litros diarios (216 billones de litros anuales) que se usan hoy en el sector de la energía termoeléctrica para generar un 90% de la electricidad de los Estados Unidos. Durante las últimas décadas, la retirada del agua se ha mantenido estable, sugiriendo que este incremento en la intensidad del agua podría tener unas consecuencias sin precedentes en los recursos naturales y la política pública.
“El mayor significado de este trabajo es que, cambiando nuestra producción de combustible en la red eléctrica, podemos tener un impacto drástico sobre los recursos del agua a menos que se implementen cambios en la política que requieran un cambio amplio en los métodos de refrigeración de las plantas de energía que necesiten menos agua o fuentes de energía que no requieran refrigeración”, dijo Webber a PhysOrg.com. “Este análisis no significa que no deba buscarse el hidrógeno, sino que si se busca la producción de hidrógeno a través de la electrólisis termoeléctrica, los impactos en el agua serían potencialmente graves”.
La estimación de Webber tiene en cuenta tanto los usos directos como indirectos del agua en una economía del hidrógeno. El uso directo es agua como materia primera para el hidrógeno, donde el agua pasa por un proceso de división que separa el hidrógeno del oxígeno. La producción puede llevarse a cabo de distintas formas, tales como reforma de vapor de metano, división termoquímica nuclear, gasificación de carbón o biomasa, y otros. Pero uno de los métodos de producción dominantes en la etapa de transición, como se predice en el informe de 2004 del Departamento de Energía (DOE), probablemente será la electrólisis.
Basado en las propiedades atómicas del agua, 1 kg de gas de hidrógeno requiere aproximadamente 7 litros de agua como materia prima. En un año, 60 mil millones de kilogramos e hidrógeno requerirían 429 mil millones de litros de agua destilada fresca. Este número es similar a la cantidad de agua requerida para refinar una cantidad equivalente de petróleo (entre 1 y 2,5 litros de agua por cada litro de gasolina).
El mayor incremento en el uso del agua vendría de los requisitos indirectos de agua, específicamente el uso como fluido refrigerante para la electricidad necesaria para suministrar la energía que requiere la electrólisis. Dado que la electrólisis es posible usarla con las infraestructuras actuales, tiraría de la red eléctrica y por tanto dependería de procesos termoeléctricos.
Con un 100% de eficiencia, la electrólisis requeriría casi 40 kWh por kilogramo de hidrógeno — un número derivado del mayor valor calórico del hidrógeno, una propiedad física. No obstante, los sistemas de hoy tienen una eficiencia de aproximadamente el 60-70%, con un objetivo futuro del DOE del 75%.
Dependiendo de la fracción de hidrógeno producida por electrólisis (las estimaciones de Webber presentan valores de entre un 35 a un 85%), la cantidad de electricidad requerida basada en una eficiencia de la electrólisis de un 75% estaría entre 1,134 y 2,754 billones de kWh — y de hasta 3,351 billones de kWh para una electrólisis de menor eficiencia con un 60%. En comparación, la actual generación anual de electricidad en los Estados Unidos en 2005 fue de 4,063 billones de kWh.
En 2000, la generación de energía termoeléctrica requirió una media de 61,8 litros de agua por kWh, llevando a Webber a estimar que la producción de hidrógeno a través de la electrólisis, con un 75% de eficiencia, requeriría aproximadamente 3300 litros de agua refrigerante por kilogramo de hidrógeno. Esto es 198 billones de litros por año sólo como refrigerante.
Para 2050, el informe del NRC predice que la demanda de hidrógeno podría superar los 100 mil millones de kg — casi el doble de los 60 mil millones de kg en los que se basan las estimaciones de Webber. Para entonces, los investigadores pueden haber encontrado mejores formas de producir hidrógeno, con la ayuda de las inversiones a gran escala del DOE, las cuales superarán los 900 millones de dólares en 2008.
“El que la mayor parte del agua usada sea para refrigerar nos deja la esperanza de que podamos cambiar la forma en que funcionan las plantas de energía, lo cual aligeraría considerablemente el gasto de los recursos de agua, o que podamos encontrar otras formas de producción de energía a gran escala para satisfacer la demanda de electrólisis”, dijo Webber.
Si la electrólisis se convierte en el método más extendido de producción del hidrógeno, Webber sugiere que los investigadores pueden querer buscar otros métodos de generación de electricidad en lugar de los procesos termoeléctricos para alimentar la electrólisis. Con esta perspectiva, sugiere rutas del hidrógeno tales como las fuentes eólicas o solares, así como los métodos de refrigeración sin agua como la refrigeración por aire.
“Cada una de las elecciones energéticas que podemos hacer, en términos de combustibles y tecnologías, tiene sus propias contraprestaciones asociadas”, dijo Webber. “El hidrógeno, así como el etanol, el viento, el sol, u otras elecciones alternativas, tienen muchas ventajas, pero también algunos impactos importantes que conviene tener en mente, como intenta sugerir este artículo. Animaría a continuar con la investigación en la producción de hidrógeno como parte de un conjunto exhaustivo de aproximaciones a tener en cuenta para gestionar la transición a la era de la energía verde. Pero, debido a algunos de los impactos inesperados — por ejemplo los recursos del agua — parece prematuro determinar que el hidrógeno es la respuesta que debemos seguir y excluir el resto de opciones”.
Cita: Webber, Michael E. “The water intensity of the transitional hydrogen economy.” Environmental Research Letters, 2 (2007) 034007 (7pp).
Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 18 de octubre de 2007
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Interesantisimo articulo asi como el enfoque del mismo, donde avisa que antes de volcarnos en lo que parece una panacea hay que estudiar muuy bien todos los posibles efectos.
Lastima que es una cosa que casi nunca suelen hacer muchos responsables politicos que hablan mas de la cuenta.
El artículo me parece correcto en su redacción, pero precipitado en sus conclusiones.
Bien es cierto que si se produce hidrógeno a partir de energía eléctrica (electrólisis) procedente de combustibles fósiles o nucleares estaremos en las mismas. Será necesaria toda esta agua que comentas (o comenta Webber).
Pero no es menos cierto que el petróleo que usamos ahora mismo, es prácticamente gratis.
No se trata de producir hidrógeno (vector energético) desde fuentes no renovables, puesto que a largo plazo estaríamos en las mismas. Se trata de obtenerlo desde fuentes totalmente renovables (eólica, solar, mareomotriz…). Otra cosa únicamente serviría para la transición de un sistema a otro.
Pero no dudes que al final, no tendremos otro remedio, puesto que las baterías (alcalinas, litio…) no dan suficiente capacidad de almacenamiento energético para ciertas aplicaciones.
Saludos
No he leido lo suficiente como para ser firme en mi comentario, sin embargo el trasladarse o depender unicamente del hidrogeno no seria lo mas correcto, lo que hay que hacer es resolver el problema inmediato del petroleo (CO2) y continuar a la par buscando o utilizando otras fuentes alternas de energia, no solamente para los vehiculos sino para la produccion de alimentos y necesidades de los seres humanos, al final siempre los grandes beneficiados seran los fabricantes de los nuevos autos y logicamente no somos los paises pobres los que fabricaremos dichos autos, solamente seriamos beneficiados si dejamos que se les termine el combustible junto con el agua, y seguro ni asi saldriamos beneficiados ya que nos matarian con una invasion para quitarnos el agua, para mi en lo concreto que cada quien use los recursos energeticos que tiene con responsabilidad, sin embargo sobre esto es logico que las grandes potencias podrian y es seguro prohibiran el uso de vehiculos de combustible con emisiones de CO2, en esta parte habria que tener cuidado con esto ya que al final lo seguro seremos perjudicados los paises pobres, despojados de todo ya que el agua sera el oro inholoro que sera el origen de nuevas matanzas, amenazas y al final como toda revolucion cuando no se saca ningun beneficio universal no sirve para nada, por lo que hay que pensarlo muy bien e inteligentemente si avanzamos en la tecnologia o lo mas logico sera conservarnos para no lograr el poder suficiente para destruirnos como genero humano.
Los genios deben actuar responsablemente, ya que pasara lo mismo que a EINSTEN que se arrepintio cuando ya era demasiado tarde, les entrego los temores al demonio del hombre que abusa del poder, estoy refiriendome a cualquier hombre de cualquier religion y filosofia que abusa aunque sea de la persona mas cercana o mas lejana.
Yo siempre eh estado interesado en el hidrogeno como fuente de energia ya que contiene una gran cantidad de energia en relacion con su peso ademas de ser practicamente ilimitado en el planeta, pero lo que en realidad mas me agrada de este elemento es que al ser reaccionado en forma de combustion o por electrolisis (en baterias electricas) la emicion de gases toxicos es del 0% y creo que el momento en el que estamos viviendo esto es lo fundamental, intentar de gastar tal vez un poco mas de dinero pero asegurar el estado del planeta tierra, y es por eso amigos que si queremos que el hidrogeno sea nuestra fuente de energia para un futuro no muy lejano debemos tambien tomar en cuenta lo mas fundamental para este caso, es decir como bien dice el texto publicado por Kanijo en Ciencias de la Tierra, elegir bien nuestro metodo de energia para que sea suministrada a la electrolisis la cual ya esta claro tiene un consumo de enegia muy elevado. No sacamos nada con quemar 300 millones de toneladas anuales de carbon para generar 235 millones de kg de hidrgeno anuales, ya que ese es el consumo de una planta termoelectrica promedio. Sin embargo como bien dice el texto existen fuentes ecologicas de energia las cuales no requieren de refrigeracion ni de reacciones quimicas provenientes de hidrocarburos, ya sea la eolica, la hidraulica y geotermica, las cuales pueden ayudar bastante a la produccion mundial de hidrogeno pero tristemente no en su totalidad, y es por eso estimados que para grandes, grandes catidades de energia se requieren grandes plantas de energia y que claro como bien les decia anteriormente que no contribullan con emision de CO2 y es por eso que me atrevo a decir que recurramos a la energia nuclear la cual reeplazaria los 300 millones de toneladas anuales por tan solo 0,00658 millones de toneladas osea 6580 toneladas anuales de uranio 235 enriquesido al 5% que por ley en plantas de generacion electrica no se permite ocuparlo mas enriquesido (ya que si estuviera al 90% serian necesarias apenas 365 tonelas) no porque sea peligroso sino porque ya con 60% se puede ocupar para bombas nucleares ( es un tema politico).
Estas 6580 toneladas pueden ser almacenadas en tan solo 7 contenedores ya que la densidad del uranio es tan alta que ocupa muy poco espacio estamos hablando de ocupar 2277 veces menos masa para generar la misma cantidad de energia con la excepcion de que ademas la emision de gases producidos en el reactor nuclear es del 0% y la radiacion hacia afuera de reactor es 100 veces menor de la que recibimos del sol.
Amigos si deverdad tienen tantas ganas de cambiar el mundo para mejor como yo debemos tener en cuenta esta opcion, dejemos a un lado las influencias politicas porque el planeta es este y hasta ahora esta comprobado que la posibilidad de emigrar a otro es del 0% y seria una lastima que los 6 mil millones de habitantes perescamos juntos con la tierra por capricho de los 300 dueños del petroleo del mundo, es por eso que yo sigo investigando en energias limpias y de gran potencial.
El unico limite que veo al desarrollo de las energias limpias, eolicas, solar etc y no incluyo los biocarburantes entre ellas, es la capacidad de las actuales corporaciones multinacionales e industriales para poder seguir mantenienfo el control de las mismas, cualquier desarrollo que signifique perder ese control o sea la deslocalizacion de la produccion y el consumo solo a donde se necesita y con una tecnologia demasiado sencilla al alcance de casi cualquier economia estara vetada mientras sigan detentando el poder, por eso quiere seguir con la produccion centralizada y se intenta fomentar el uso de las nucleares y sistemas de producion masiva y centralizadas en las energias limpias, la solucion vendra con el hidrogeno como vector de almacenamiento y distribucion y con una tecnologia parecida a la actual de los gases de hidrocarburos al alcance de todos, por supuesto este hidrogeno solo se deberia de producir con energias limpias y renovables, como el producto resultante de la utilizacion del hidrogeno es vapor de agua el balance hidrico a nivel global seria neutro y solo seria secuestrada una pequeña parte del agua en forma de hidrogeno como reserva energetica, animo a que las tecnologias de este tipo se liberen de patentes a la manera del sofware librfe para que esten disponibles para toda la humanidad si no nunca saldremos del yugo de las multinacionales y de las super corporaciones