> Grupo de apoyo: Laboratorio Energético del Hidrógeno |
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Durante los últimos 50 años las refinerías de petróleo, las industrias químicas y petroquímicas así como las industrias de combustibles sintéticos han empleado el hidrógeno gaseoso en grandes cantidades como materia prima. Ejemplos significativos de este uso son la producción de amoniaco para fertilizantes o la desulfuración de los productos derivados del petróleo. De
igual modo la industria del gas ha hecho uso del hidrógeno en forma líquida
y en forma gaseosa para múltiples aplicaciones con un envidiable
historial de seguridad. También la industria eléctrica ha empleado el
gas de hidrógeno con objeto de enfriar el rotor y el estator de grandes
turbinas. Esta
tendencia a aprovechar las ventajas del hidrógeno en los procesos
industriales se ha ido extendiendo a lo largo de los años sin que se
hayan presentado problemas de mayor importancia. |
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Uso, consumo y transporte |
El hidrógeno líquido es el combustible empleado para la propulsión de los cohetes espaciales. Su uso en las lanzaderas espaciales es doble ya que no sólo alimenta (junto con el oxígeno) los reactores principales de las lanzaderas espaciales sino que también es el encargado de generar, mediante pilas de combustible, la electricidad y el agua necesarios para los sistemas y ocupantes del vehículo espacial. Las
agencias espaciales Norteamericana, Europea y Japonesa llevan manejando
hidrógeno en cantidades importantes durante los últimos 40 años con
total seguridad gracias a los procedimientos que han desarrollado y a la
excelente preparación de su personal técnico. En
1996 el consumo global a nivel mundial de hidrógeno fue de casi 400.000
millones de m3, correspondiendo a los Estados
Unidos 79.000 millones (≈ 20%) lo que supone más del total de gas
natural consumido en el sector comercial en ese mismo año. Sin embargo
casi todo el hidrógeno es utilizado por las refinerías o plantas químicas
donde se produce ya que es en ellas mismas donde se consume íntegramente. No obstante, a lo largo de los años, se ha ido desarrollando una red de distribución de hidrógeno suficiente segura y fiable en base a los camiones cisterna de hidrógeno líquido y las redes de tuberías específicas para hidrógeno. Ya hay más de 800 km de tuberías de hidrógeno en todo el mundo, incluyendo 225 km en el Valle del Ruhr en Alemania que vienen operado de modo seguro desde 1938, y 210 km de tuberías en LaPorte, Texas, propiedad de Air Products and Chemicals, Inc. En el mercado del transporte están surgiendo proyectos innovadores relacionados con automóviles, camiones, autobuses y aviones que emplean el hidrógeno para su propulsión lo que supone sin duda alguna un paso hacia delante en la difusión del hidrógeno dentro de nuestra sociedad. |
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Combustible residencial e industrial |
Pero el
hidrógeno también tiene un largo bagaje como combustible residencial e
industrial. El gas de carbón, una mezcla de hidrógeno (50%), metano
(26%) y otros gases (incluyendo un 7% de monóxido de carbono) ya se
empleo de forma intensa en Gran Bretaña para la iluminación. En 1815
el gas de carbón (“coal gas”) se distribuía en Londres a través
de una red de tuberías de acero fundido. En EE.UU. antes de la segunda
Guerra Mundial, el gas ciudad, una mezcla de hidrógeno y monóxido de
carbono al 50% producido por gasificación del carbón, fue usado por
millones de norteamericanos para cocinar, iluminar sus casas o calentar
el agua y sus hogares. También en la ciudad de Madrid se han utilizado
este tipo de gases cuya obtención ha evolucionado desde su producción
a partir de carbón hasta el gas natural actual. El hidrógeno se utiliza también en el sector de la alimentación para la hidrogenación de los aceites y grasas vegetales y animales. Además tiene aplicación en el campo metalúrgico por su habilidad para reducir los óxidos metálicos y prevenir la oxidación en tratamientos térmicos de ciertos materiales y aleaciones. Además tiene uso en el corte y la soldadura de metales. Por otro lado, y como ya se ha comentado anteriormente, el hidrógeno es extensamente empleado en la síntesis del amoniaco y en las operaciones de refino del petróleo. A su vez el hidrógeno líquido se emplea como combustible primario de los cohetes espaciales junto con oxígeno o fluoruros y como combustible en los cohetes de propulsión nuclear y los vehículos espaciales. |
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Informe
de |
En el año
1997 Directec Technologies Inc. redactó un
informe para la Compañía Ford y el Departamento de Energía de los
EE.UU. en el que se recogían y analizaban todos los datos
disponibles acerca de accidentes relacionados con el hidrógeno. Las
conclusiones principales pueden resumirse en los siguientes puntos:
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Diseño de sistemas de seguridad, entrenamiento de personal y medios de protección |
El
record de seguridad de la industria del hidrógeno comercial es
excelente debido, fundamentalmente, al diseño de los sistemas, el
entrenamiento del personal técnico y los medios de protección
empleados, algo que, por otra parte, también es común en las
industrias del gas natural líquido o del gas propano líquido. Como en
cualquier otra gran industria ha habido accidentes pero
la gestión de la seguridad en la industria del hidrógeno puede
calificarse de satisfactoria. La
excepcionales características físicas y químicas del hidrógeno le
hacen muy valioso para muchas industrias y sus usos varían enormemente
desde aplicaciones en la industria alimentaria hasta semiconductores,
abriéndose cada día más el ya de por si amplio abanico de
posibilidades existentes. La producción y uso del hidrógeno poseen un
largo historial de seguridad y muchas de las directrices, modos de
operación y reglamentación aplicada en la industria convencional
pueden ser muy útiles a la hora de valorar las nuevas situaciones que
se presentan con los nuevos usos del hidrógeno. Estos nuevos usos como
los vehículos propulsados por motores de combustión interna o pilas de
combustible, o las pilas de combustible que generan electricidad y
calefacción en sectores industriales, comerciales o residenciales
repercuten positivamente sobre la visión que el público en general y
la propia industria tienen sobre el hidrógeno. Además el producto de
combustión del hidrógeno es agua que es la base de las ventajas medio
ambientales del hidrógeno. La
seguridad debe ser considerada en todos los aspectos del ciclo energético
del hidrógeno: producción, transporte, almacenamiento y
distribución, y utilización. En el sector del transporte las etapas
anteriores probablemente evolucionarán a partir de la producción a
gran escala y de las instalaciones de distribución ya existentes. Por
ejemplo las pilas de combustible de los autobuses que están siendo
probados por la autoridades de tráfico de Chicago han sido
suministradas por Air Products and Chemicals una empresa que produce
hidrógeno a partir de reformado de gas natural. Este hidrógeno es
licuado y transportado en camiones cisterna hasta un depósito aéreo de
35 m3 donde es
almacenado. Posteriormente el hidrógeno líquido se convierte en gas
antes de ser bombeado hacia los tanques de combustible de los autobuses.
También Madrid, junto con otras grandes ciudades europeas, es partícipe
del programa CUTE para la automoción con hidrógeno de autobuses públicos. La
clave para el uso del hidrógeno en el transporte es la comercialización
de las pilas de combustible con membrana de intercambio de protones
(“Proton Exchage Membrane Fuel Cell” - PEM). Estos sistemas están
bajo un intenso desarrollo en, Canadá, Europa, Japón y EE.UU. Los
motores de combustión que emplean hidrógeno sólo producen pequeñas
cantidades de óxidos de nitrógeno y agua mientras que las pilas de
combustible sólo emiten agua. El almacenamiento de hidrógeno a bordo
del vehículo como gas o líquido es una opción en consideración por
parte de los investigadores de pilas de combustible y los fabricantes de
vehículos. Otras posibilidades incluyen el reformado “a bordo” de
metanol, etanol o gasolina, así como ciertos líquidos procedentes del
gas natural como el dimetil éter y el dimetoxi metano. |
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Distribución futura mediante tuberías de gas |
En el
futuro el hidrógeno producido a gran escala podría ser distribuido
mediante tuberías de gas en zonas donde haya una gran demanda de hidrógeno
tal y como se hace actualmente en el Sureste de EE.UU. donde hay una
gran demanda de hidrógeno como materia prima para la industria química.
La producción in situ también puede ser en el caso de equipos de
reformado a pequeña escala, actualmente en desarrollo, o
electrolizadores a pequeña escala. El hidrógeno también puede ser
producido a partir de fuentes renovables de energía como la biomasa y,
a largo plazo, a partir de la luz del sol y el agua mediante
dispositivos fotoeléctricos. En cada caso la seguridad variará en
función del proceso productivo, el tamaño, la localización y otras
consideraciones específicas de la instalación de producción. El uso de la energía suele clasificarse en cinco sectores: industrial, comercial, residencial, generación de electricidad y transporte. Aproximadamente el 25% del uso de la energía en Norte América corresponde al sector del transporte. Este sector produce una gran parte de las emisiones causantes de la contaminación en las áreas urbanas y de los efectos adversos sobre el clima a nivel global. La energía empleada en este sector es casi totalmente dependiente del petróleo. Las emisiones y la dependencia del petróleo hacen del sector del transporte el más problemático cuando se proyectan futuros escenarios para sistemas de energía que son renovables, sostenibles, respetuosos con el medio ambiente y económicos. |
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Los nuevos usos del hidrógeno presentan nuevas condiciones de funcionamiento y nuevas tecnologías. Esta diversificación de las aplicaciones del hidrógeno también conlleva sistemas de hidrógeno a gran escala, nuevos “ciclos de vida” y costes. Presumiblemente el contexto de seguridad evolucionará dando lugar a un amplio espectro de nuevas, avanzadas y fiables tecnologías de seguridad. Otras variables a destacar son los factores humanos relacionados con la seguridad industrial y la gestión de sistemas de seguridad así como la imagen que sobre el hidrógeno tenga la opinión pública. El uso del hidrógeno como energía a gran escala y como combustible cara al público plantea nuevas preguntas sobre riesgos y medidas de seguridad específicas. Por otra parte la ausencia de efectos nocivos para la salud o el medio ambiente frente a otras industrias que manipulan combustibles tradicionales supone un atractivo de indudable importancia. |
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En los
proyectos relacionados con el hidrógeno hay una necesidad de
implementar medidas de seguridad que permitan identificar los peligros
que presenta el hidrógeno de manera que puedan evaluarse y compararse
con aquellos que presentan otros combustibles. A través
de la aplicación de normativas, códigos y reglamentaciones la sociedad
se asegura que la gestión de riesgos se ha llevado a cabo
correctamente. En el caso de que el hidrógeno se transporte entre
distintos territorios las disposiciones legales establecidas en ambos
deben estar armonizadas con el fin de facilitar las tareas de coordinación
entre autoridades. Hasta la fecha los esfuerzos de colaboración entre proyectistas, constructores, operarios de instalaciones y las autoridades competentes han permitido desarrollar sistemas seguros con un bajo índice de accidentes. |
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