El hidrógeno representa una opción prometedora para una energía potente y limpia.

Científicos e ingenieros de todo el país celebran el Día Nacional del Hidrógeno y las Pilas de Combustible cada 8 de octubre, una fecha acertadamente elegida por el peso atómico del hidrógeno (1,008).

El combustible de hidrógeno desempeñará un papel en la promoción de un medio ambiente más limpio y en la reducción del uso de combustibles fósiles en muchas industrias. Por ejemplo, las celdas de combustible de hidrógeno son atractivas como fuentes de energía alternativas para vehículos, edificios y otras aplicaciones debido a su rápido tiempo de recarga, alta eficiencia, alta densidad de energía y ausencia de emisiones o subproductos nocivos.

Pero antes de que el hidrógeno pueda alcanzar todo su potencial, debe ser menos costoso y más fácil de producir.

Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están trabajando para mejorar el rendimiento y reducir el costo de las tecnologías de hidrógeno y celdas de combustible, con soluciones de investigación y desarrollo desde la escala atómica hasta la comercial.

Como parte de la celebración nacional, responden preguntas comunes sobre el hidrógeno como vector de energía.

¿De dónde viene el hidrógeno?

El hidrógeno es el elemento químico más simple, que consta de un solo protón y un electrón. También es el elemento más abundante en el universo, constituyendo alrededor del 75% de toda la materia normal. La molécula de hidrógeno (dos átomos de hidrógeno juntos) contiene una cantidad sustancial de energía.

Grandes cantidades de hidrógeno existen en el agua y los seres vivos, pero las moléculas de hidrógeno normalmente no se encuentran solas en la Tierra. Aquí, el hidrógeno generalmente debe producirse a partir de otras sustancias que lo contienen. Los científicos actualmente usan una variedad de métodos para esto. Un enfoque actual principal para producir hidrógeno sin el uso de combustibles fósiles es dividir el agua utilizando energía nuclear o fuentes de energía renovables, como la energía eólica, solar, geotérmica e hidroeléctrica.

Los científicos también están desarrollando procesos más eficientes para respaldar la producción futura de combustible de hidrógeno. Un enfoque potencial es producir hidrógeno a partir de biomasa, como bacterias y algas, aprovechando e imitando procesos biológicos como la fotosíntesis.

¿Qué es una pila de combustible de hidrógeno?

Las celdas de combustible de hidrógeno convierten la energía química almacenada en el gas hidrógeno y oxígeno en electricidad. A diferencia de los motores de combustión alimentados con gasolina, no hay dióxido de carbono ni otras emisiones dañinas. El único escape es el calor y el agua. Y a diferencia de las baterías, las celdas de combustible no requieren una recarga prolongada.

Dentro de la célula, las moléculas de hidrógeno se dividen en protones y electrones. Los electrones fluyen a través de un circuito, creando un suministro de electricidad utilizable. Al mismo tiempo, los protones se combinan con electrones y moléculas de oxígeno del aire circundante para producir agua y calor, las únicas emisiones.

¿Cómo se pueden utilizar las pilas de combustible de hidrógeno?

Las tecnologías de combustible de hidrógeno podrían aplicarse en muchos sectores de la economía. Las pilas de combustible de hidrógeno pueden proporcionar energía para el transporte, la construcción de infraestructuras, el almacenamiento de energía para la red y más.

Por ejemplo, los edificios residenciales y comerciales podrían usar hidrógeno como energía de respaldo. Los vehículos ya funcionan con celdas de combustible de hidrógeno, y esta tecnología se volverá más popular a medida que mejoren las tecnologías. Esto se aplica no solo a los automóviles, sino también a los autobuses, trenes, barcos, aviones y vehículos todoterreno y otros vehículos pesados. Las estaciones minoristas de todo el país podrían almacenar y distribuir hidrógeno de manera segura en un futuro cercano.

¿Cuáles son las barreras para la implementación a gran escala del combustible de hidrógeno?

El hidrógeno presenta una vía prometedora para la energía limpia a gran escala, pero la producción de hidrógeno confiable, asequible y seguro presenta algunos desafíos.

Por ejemplo, la producción limpia de hidrógeno a menudo requiere catalizadores, que son sustancias que aumentan la velocidad de las reacciones químicas. Muchos de estos catalizadores utilizan materiales escasos, como el platino y el iridio. Hay un énfasis actual en el desarrollo de enfoques que reducirán la necesidad de catalizadores que contengan estos y otros materiales costosos y críticos.

Construir una infraestructura nacional de suministro de hidrógeno también es un gran desafío. Ciudades, carreteras, aeropuertos y más requerirán cambios significativos en la infraestructura para acomodar el almacenamiento, el transporte y el reabastecimiento de hidrógeno.

La durabilidad y el rendimiento también presentan desafíos, tanto para la producción de hidrógeno a partir del agua como para el uso de hidrógeno en pilas de combustible. En condiciones operativas realistas, las celdas de combustible deben mantener el rendimiento durante largos períodos de tiempo (más de un millón de millas para camiones de larga distancia) en todo tipo de condiciones.

Los científicos de Argonne están abordando estos desafíos desde muchos ángulos, aprovechando las instalaciones y la experiencia de clase mundial para avanzar en la ciencia del hidrógeno y acelerar la investigación y el desarrollo de las celdas de combustible.

Su investigación está haciendo que las pilas de combustible sean más asequibles y duraderas; mejorar la eficiencia, la durabilidad y el costo de los vehículos con celdas de combustible; cuantificar la huella de carbono de diferentes métodos de producción y uso de hidrógeno; y reducir el costo del hidrógeno producido a partir de la sustancia más abundante y libre de carbono en la Tierra:el agua. + Explora más

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