Ahora que conoces más sobre la gran oportunidad que tiene Chile para ser uno de los líderes en la producción de hidrógeno verde gracias a sus recursos renovables, te invitamos a aprender sobre su presencia en el universo y en la Tierra, así como sus principales características químicas y físicas, las cuales son claves para entender su cadena de valor. Es decir, su ciclo desde la producción hasta sus usos finales.
El H2 en el universo
La ciencia actual cree y afirma que el Universo nació mediante una “gran explosión inicial» llamada Big Bang hace unos 13.800 millones de años, cuando aún no había estrellas ni galaxias, ni seres vivos ni átomos. Aunque sea difícil de comprender, nuestro Universo comenzó en un punto infinitamente denso y compacto, llamado singularidad, y desde aquel entonces, evolucionó hasta lo que conocemos hoy.
Al nacer, nuestro universo estaba principalmente compuesto de energía. Algo así como una gran sopa de energía muy caliente, la cual con el tiempo fue enfriándose para poco a poco ir evolucionando y formar los elementos químicos.
El primero de ellos fue el Hidrógeno, el elemento más abundante dentro del Universo, incluso hasta el día de hoy, pues su presencia supone más del 75% de la materia y más del 90% en número de átomos.
¿En qué parte del Universo encontramos Hidrógeno? Al evolucionar, el Universo formó diferentes estructuras, dentro de ellas las nebulosas, grandes nubes de gas y polvo. En ellas el hidrógeno abundaba y gracias a la gravedad existente, algunas regiones de la nebulosa comenzaron a juntarse, cada vez más cerca, generando procesos termonucleares que permitieron el nacimiento de las primeras estrellas. Esas primeras estrellas fueron las primeras en brillar dentro de nuestro gran Universo.
En estos procesos internos de las primeras estrellas se comenzó a formar también el Helio, Litio y otros elementos químicos, continuaron evolucionando hasta formar todos los elementos que hoy conocemos en la tabla periódica.
¿Por qué brillan las estrellas?
En el núcleo de las estrellas se genera un proceso llamado Fusión Nuclear, donde los núcleos atómicos ligeros se fusionan para generar otros más pesados. En este proceso la estrella libera enormes cantidades de energía, permitiéndole entonces brillar. De no existir esta fusión al interior de la estrella, esta perdería el equilibrio con su propia gravedad y colapsaría.
Este elemento se encontraría entonces en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes.
EL H2 en nuestro planeta Tierra
Nuestra Tierra es un planeta muy especial dentro de nuestra vecindad solar, ya que es el único que de momento contiene vida. Conformada en un 70% de agua, es decir, de moléculas de H20 formadas por átomos de hidrógeno (H) y oxígeno (O) nos entrega el combustible y materia prima para que plantas, animales y seres humanos podamos vivir. Al encontrarse en mayor proporción en forma de agua, comparte su mismo ciclo cambiando de estado líquido, sólido y gaseoso.
No obstante, encontrar hidrógeno en su estado puro es muy escaso debido al efecto que ejerce la gravedad, la cual impide que se mantenga estable. De esta manera, es frecuente encontrarlo combinado con otros elementos como el oxígeno formando moléculas de agua (H2O) con nitrógeno formando amonio (NH3) o al carbono, formando compuestos orgánicos como el metano (CH4).
El hidrógeno es entonces imprescindible para la vida, pues sin este elemento químico no habría agua, elemento fundamental en el planeta y de nuestro cuerpo. ¿Sabías que nuestro propio cuerpo está formado por un 55 – 60% de agua?
Desde hoy, te invitamos a pensar cada vez que tomes un vaso de agua, en que este contiene uno de los elementos más primitivos en la historia del Universo, recordándonos nuestro origen en las estrellas.
¿Cómo, cuándo y quién descubrió el hidrógeno en la Tierra?
Este camino de descubrimiento está lleno de científicos y soñadores que de una u otra forma fueron contribuyendo en el avance y comprensión del hidrógeno hasta nuestros días. Si bien hubo diversas contribuciones, te queríamos mostrar tres grandes personajes que ayudaron a escribir esta historia.
Henry Cavendish. Físico y químico
Se dice que el hidrógeno fue descubierto en 1671 por Robert Boyle cuando en sus experimentos con hierro y ácido se liberó en forma de gas. No obstante, su descubrimiento se le atribuye a Henry Cavendish, quien en 1766 aisló el hidrógeno gaseoso a partir de la reacción de ciertos metales con un ácido fuerte. A dicho producto gaseoso le llamó “aire inflamable”. Luego, en 1781, realizó un experimento que consistía en hacer combustionar el hidrógeno en un envase cerrado, observando la presencia de agua.
Antoine Lavoisier
Considerado hoy en día como el padre de la química moderna, en 1783, Antoine Lavoisier realiza el mismo experimento que Henry Cavendish, pues en ese entonces decía que la combustión significaba la presencia de oxígeno (O2) en la reacción. En efecto, al hacer reaccionar el “aire inflamable” con oxígeno, obtuvo un agua muy pura.
Como resultado de todos sus experimentos definió entonces la composición del agua como dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O), así como la nomenclatura de ambos gases.
Cecilia Payne-Gaposchkin
Considerada una de las grandes astrónomas de la historia, usó los últimos avances de la física cuántica para llegar a un descubrimiento revolucionario en sus días. Durante la investigación para su doctorado, que obtuvo en 1925, llegó a la conclusión que las estrellas estaban compuestas de hidrógeno y helio. Si bien esa conclusión fue disputada debido a que entraba en conflicto con la creencia de que las estrellas tenían una composición química similar a la Tierra, posteriormente se terminó comprobando. Este trabajo, pionero en el desarrollo de atmósferas estelares demostró entonces que el hidrógeno era el compuesto principal que formaba las estrellas, y, por tanto, el elemento más abundante del Universo.
¿sabías que la palabra hidrógeno proviene del griego “Hydros” (agua) y “Gennos” (generador), lo que significa generador de agua?
Propiedades del hidrógeno
El hidrógeno es uno de los elementos más livianos y el primero en la tabla periódica y su peso atómico es de 1.00794 (aproximado a 1.008)
Átomo versus molécula de hidrógeno
Es importante que diferencies las siguientes dos formas: una es el átomo de hidrógeno (H) y la otra es la molécula de hidrógeno (H2). El átomo está compuesto por un electrón, un protón y un neutrón.
Debido a la rapidez de transición de sus moléculas, no permite la estabilidad en la atmósfera. Por lo tanto, su forma más estable es la de dihidrógeno (“dos hidrógenos”), comúnmente conocido como hidrógeno o H2, siendo la molécula más pequeña conocida.
El hidrógeno molecular en condiciones normales (temperatura de 25°C y una presión de 1 atm) se encuentra en estado gaseoso. Y, si lo comparamos con el aire, es más liviano.
Dentro de las características físicas de este elemento encontramos que:
- No tiene olor (inodoro)
- No tiene color (incoloro)
- No es irritante
- No es tóxico (es decir, no produce un efecto dañino en el ser humano al ser ingerido, aunque a concentraciones altas podría causar asfixia)
Los colores del hidrógeno
Tal como te señalábamos, el hidrógeno se encuentra unido a otros compuestos, tales como el agua o los hidrocarburos, por lo que no se encuentra de forma libre en la naturaleza. De este modo, para obtenerlo es necesario producirlo mediante algún proceso.
Dependiendo del proceso de producción existe una clasificación con un respectivo color. Es decir, el hidrógeno como gas es incoloro, pero se le asigna una categoría representada con un color para identificar su procedencia.
Dentro de los procesos, hay algunos que usan como materia prima el agua, junto con electricidad y otros utilizan gas natural y vapor de agua a alta temperatura. Los efectos que tiene cada uno de ellos tienen estrecha relación con los productos obtenidos, los cuales pueden incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero o, por el contrario, ser libres de este tipo de emisiones, como es el caso del hidrógeno verde.
A continuación, te contamos sobre los principales “colores” del hidrógeno:
La gasificación del carbón y de la biomasa es un proceso industrial para la producción de hidrógeno, en el que una fuente de carbono (carbón o biomasa) reacciona con una fuente gasificante como agua u oxígeno en atmósfera controlada, para descomponer la materia prima en gas de síntesis (H2, CO) sin producir combustión total.
Es obtenido mediante el proceso de reformado de gas natural, en el cual se somete el hidrocarburo a vapor de agua a alta temperatura, obteniéndose así hidrógeno. La desventaja que tiene este proceso es la emisión de dióxido de carbono (CO2). ¿Sabías que gran parte de la producción mundial actual de hidrógeno se efectúa mediante este proceso?
Para obtenerlo se utiliza el mismo proceso que el hidrógeno gris, pero se agrega la captura posterior del CO2 emitido, lo que deriva en una menor liberación de este compuesto al medio ambiente. No obstante, este proceso hoy en día no es parte de los métodos actuales de producción.
Se obtiene mediante el proceso de electrólisis, en el cual el agua (H2O) es sometida a electricidad para separar la molécula de agua en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). Si la electricidad que se aplica proviene de fuentes renovables, como es la energía eólica, solar, geotérmica o la hidráulica, se le conoce como hidrógeno verde, debido a que no emite gases de efecto invernadero, siendo amigable con el medio ambiente.
COLORES DEL HIDRÓGENO
Los costos de la energía eléctrica representan un desafío para la masificación de esta tecnología. No obstante, en Chile existe un alto potencial para producirlo a partir de fuentes de energías renovables, debido a sus incomparables condiciones geográficas, como son la mejor radiación solar en el norte y los importantes vientos del extremo sur.
HIDRÓGENO VERDE (H2V) V/S HIDRÓGENO BAJO EN EMISIONES
