HIDROGENO

1. HIDROGENO PRESENTADO POR: FABIO ANDRES RAMOS CAROLINA CONDE ERIKA YOHANA ORTIZ

2. DESCRIPCION • Elemento mas ligero • Condiciones normales H2(gas diatomico) • Inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en el agua. • Constituye aprox. el 75% de la materia visible del universo

3. Historia • En 1671, Robert Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, o que resulta en la producción de gas hidrógeno. • En 1766 el británico Henry Cavendish demostró que el hidrógeno se formaba en la reacción del ácido sulfúrico con los metales. • Más tarde el mismo Henry Cavendish descubrió que el hidrógeno era un elemento independiente que se combinaba con el oxígeno para formar agua. • En 1781 el británico Joseph Priestley, tras varios estudios descubrió las características del hidrógeno y por lo tanto lo llamó ‘aire inflamable’. • Finalmente el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier le dio el nombre de hidrógeno.

4. Di hidrógeno • El Di hidrogeno es una molécula diatónica, la cual se encuentra conformada por dos átomos de Hidrógeno. • Su obtención radica fundamentalmente por la reacción entre ácidos y metales, o por la electrolisis del agua (separación del Di hidrogeno y el Oxigeno por medio eléctrico). • Fue formalmente descubierto por Henry Cavendish en 1766, quien buscaba unir el Mercurio con ácidos, además fue la primera persona en describir algunas de sus principales propiedades.

5. Combustión • En estado gaseoso el Hidrogeno es muy inflamable y arde fácilmente y en bajas concentraciones en el aire. • Al mezclarse en grandes proporciones con el Oxigeno, El Hidrogeno explota liberando gran cantidad de energía. • El Hidrogeno cuenta con la capacidad de explotar a temperatura ambiente cuando se fusiona con Cloro y Flúor. • Las llamas alimentadas por Hidrogeno suelen ser menos dañinas al ambiente y al ser humano que las llamas provenientes de hidrocarburos. • Es de mayor eficiencia debido a que las propiedades del Hidrogeno proporcionan un mayor rango de inflamabilidad con el que se obtiene una combustión mas completa y a una temperatura mas regulada. (Combustión Interna) • La combustión es por mucho mas silenciosa y los niveles de emisión de gases tóxicos son bastante bajos. (En el caso de las pilas de combustible las emisiones tienden a cero)

6. Pilas de Combustible • Es un dispositivo electroquímico muy similar a una batería, sin embargo se diferencia porque esta diseñada para restablecer de manera continua los reactivos que se consumen con el uso. Esto se traduce a la producción de energía por medio de oxigeno y una fuente externa, disminuyendo la limitante de almacenamiento de energía que caracteriza a las baterías. t • Las pilas de combustible funcionan fundamentalmente con Hidrogeno, Oxigeno. Siendo el Hidrogeno dispuesto al lado del ánodo y el Oxigeno dispuesto al lado del cátodo. • Mientras se mantenga el flujo de Oxigeno e Hidrogeno, la operación de la pila de combustible es continua. • Son muy eficientes, y sus emisiones tienden a cero.

7. Funcionamiento • Las pilas de combustible funcionan gracias al uso de una membrana de intercambio de protones, la cual se encuentra separando el ánodo del cátodo y a su vez el Hidrogeno del Oxigeno. • Cuando el Hidrogeno entra al sistema sufre una disociación en protones y electrones, los protones son conducidos al catado por medio de la membrana intercambiadora y los electrones se disponen a viajar por un circuito externo produciendo energía. • Por su lado el Oxigeno reacciona con los electrones (a través del circuito externo) y con los protones para formar agua. • Como resultado de este proceso se crean residuos únicamente de agua liquida o vapor de agua.

8. Aplicaciones • Las pilas de combustible se utilizan generalmente como alimentadores de energía para sitios alejados como naves espaciales, zonas rurales o estaciones meteorológicas. • También pueden ser utilizadas para generar calor y electricidad simultáneamente en viviendas, edificios y oficinas (calentador de agua). A esto se le denomina cogeneración debido a que mientras se produce energía se esta calentando aire y agua. • Otros de los posibles usos para las pilas de combustible que aun continúan en investigación y experimentación son: vehículos eléctricos, sistemas auxiliares de energía, sistemas de apoyo eléctrico y plantas de potencia.

9. Energía del Futuro • El hidrógeno responde a una visión de futuro donde este gas, generado de forma limpia y económica, serviría para suplir las necesidades energéticas de la sociedad. Esta propuesta reduciría la dependencia actual sobre los combustibles fósiles, ya que el hidrógeno podría ser generado a partir de otras fuentes primarias como las renovables o la nuclear. Igualmente se disminuiría la contaminación atmosférica y la emisión de gases de efecto invernadero, puesto que el único residuo generado por una pila de combustible es agua.

10. Energía del Futuro Las razones por las que se quiere desarrollar la energía producida por hidrógeno: • Razones de eficiencia energética. • Razones de dependencia energética. • Razones medio ambientales.

12. PRODUCCION • El hidrógeno puede ser producido por varias fuentes, desde combustibles fósiles (gas natural o carbón) o fuentes de energía renovables (biomasa, solar, eólica, hidroeléctrica y mareomotriz). Hay una gran variedad de procesos tecnológicos que se pueden utilizar en la producción de hidrógeno (químico, biológico, electrolítico, fotolítico, termoquímico, etc.). Cada tecnología tiene un grado de desarrollo diferente, y cada una ofrece diferentes oportunidades y beneficios. • Muchas tecnologías se pueden utilizar ya para la producción industrial de hidrógeno. La primera tecnología comercial data de 1920, produciendo hidrógeno por hidrólisis de agua. En 1960, la producción industrial de hidrógeno ha ido aumentando lentamente hacia la utilización de fuentes fósiles, que es la principal vía para producir hidrógeno hoy en día.

14. Economía de Hidrógeno • El hidrogeno al ser un elemento que no se encuentra de forma aislada de la naturaleza, sino que se encuentra combinado en otros compuestos se dificulta la tarea de su manipulación y utilización como una fuente de energía. Pero gracias a la tecnología actual es posible por medio de métodos como: • Gasificación • Ciclos termoquímicos • Electrólisis • Reformado con vapor de agua

15. Reformado con vapor de agua Es un proceso endotérmico, necesita que le aporten calor desde un medio externo. Este procesos se aplica a hidrocarburos, gas natural, líquidos y alcoholes.

16. Gasificación Este proceso se puede realizar por con agua, oxígeno, carbón o biomasa, y se da por la combustión del oxígeno y el otro compuesto que se utilice en el proceso.

17. Electrólisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).

18. Ciclos termoquímicos Utilizan el calor producido por las altas temperaturas generadas por la energía nuclear o solar concentrada. Además que su uso garantiza bajos costos y no producen emisiones de gases invernaderos.

19. Fotoelectrolisis • Los sistemas fotovoltaicos unidos a electrolizadores están comercialmente disponibles. Los sistemas ofrecen una mayor flexibilidad, produciendo energía desde las células fotovoltaicas e hidrógeno desde el electrolizador. La fotoelectrolisis directa representa una alternativa avanzada a la anterior, uniendo los dos sistemas en un único aparato

20. Fotobiologica

21. Descomposición a alta temperatura • La ruptura del agua a alta temperatura se produce a unos 3000ºC. A esta temperatura, un 10% del agua se descompone y el 90% se recicla. Hay otros procesos sugeridos que rebajan la temperatura: • 1. Ciclos termoquímicos • 2. Sistemas híbridos que unen la descomposición térmica y electrolítica • 3. Descomposición catalítica directa con separación a través de membrana de cerámica • En estos procesos se puede esperar una eficiencia del 50 %. El problema es que hay que buscar materiales que tengan resistencia a la corrosión a altas temperaturas, que los procesos de membrana y de separación son a altas temperaturas y la necesidad de intercambiadores de calor. El diseño de y la seguridad son muy importantes en estos procesos.

22. Ruptura termoquímica del agua • La ruptura termoquímica del agua es la conversión de agua en hidrógeno y oxígeno a través de una serie de reacciones químicas controladas. Estos ciclos son conocidos desde hace 35 años. Ha sido extensamente estudiado en los años 70 y 80, pero ha tenido poco interés en los últimos diez años. • Estos ciclos tienen un bajo coste y un alto rendimiento y están siendo desarrolladas comercialmente.

23. HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA • La gasificación de la biomasa es un área que se encuentra entre la producción de hidrógeno y la obtención de biocombustibles. La gasificación y la pirólisis están consideradas como las tecnologías más prometedoras para la comercialización de la producción de hidrógeno a partir de biomasa a medio plazo. • Las reservas de biomasa son productos no refinados con una calidad inconsistente y con un pobre control de calidad. Los métodos de producción varían según el tipo, localización o variaciones climáticas. Los combustibles inadecuados han contribuido a las dificultades en el desarrollo tecnológico, como tener poca homogeneidad y baja calidad, ya que se necesita un sistema de conversión más sofisticado. Hay una necesidad de preparar el combustible para que tenga una mayor calidad y consistencia. Los sistemas a gran escala pueden utilizar combustibles más baratos y de peor calidad, mientras que los sistemas más pequeños necesitan un mejor combustible.

24. Se necesita varios estudios para mejorar la economía de los procesos de producción y la forma de obtener la biomasa: • Preparación de la alimentación e identificar las características de las fuentes que permitirá la tecnología a estudiar. • Gasificación de la biomasa: esto no es específico para el hidrógeno pero sirve para la biomasa en general y las energías renovables. • manejo del gas sin refinar y limpieza • Se puede investigar la relación entre la escala de producción y la calidad de del combustible.

25. Plantas de Hidrógeno • El hidrógeno se produce gracias a un proceso químico de transformación de moléculas de hidrocarburos (nafta o gas natural) con vapor, o a través de la gasificación de residuos pesados de hidrocarburos.

26. Plantas de Hidrógeno • Entre otras aplicaciones, el hidrógeno se utiliza en las refinerías para desulfurar combustibles e hidrocarburos pesados, es decir, para eliminar el azufre que existe en el petróleo, a fin de producir combustibles menos contaminantes, a través de un proceso que recibe el nombre de desulfuración. El hidrógeno proporcionado por Air Liquide a las refinerías de todo el mundo evita anualmente la emisión de aproximadamente 780 mil toneladas de óxidos de azufre a la atmósfera. 

27. Plantas de Hidrógeno • Sotavento Galicia, S.A, empresa española generadora de energía a base de hidrógeno.

28. Plantas de Hidrógeno • Avances en plantas productoras de hidrógeno a partir de energía solar.

29. Vehículos de Hidrógeno Video: http://www.youtube.com/watch?v=7rWD_KlEWVA

30. Vehículo Impulsado por Hidrógeno. • Los vehículos impulsados por hidrógeno utilizan el di hidrógeno como fuente primaria de energía, existen dos métodos para ello: • Por Combustión: El hidrogeno se quema dentro de un motor de explosión, de la misma manera que lo hace la gasolina. (Motor de Combustión Interna//Chispa) • Por Pilas de Combustible: A través de la oxidación del hidrogeno, los electrones que se pierden se van convirtiendo en corriente eléctrica, su funcionamiento es muy similar al de una batería. • Estos vehículos son considerados como vehículos de cero emisión, debido a que el único subproducto del hidrogeno consumido es el agua, la cual puede utilizarse posteriormente para mover una micro turbina, dando paso a la experimentación de los vehículos impulsados por vapor.

31. Casas Alimentadas por Hidrógeno • Las casas que obtienen su energía a través del hidrogeno por medio de celdas de combustible, han sido producidas desde 2004 en Reino Unido como producto de investigación de la Universidad de Birmingham y el Black Country Housing Group. • Sin embargo fue hasta 2008 cuando se conecto la primera casa alimentada por Hidrogeno a la red convencional de electricidad nacional de Reino Unido, lo que permite a la casa donar los excesos de energía a la red nacional. • El sistema eléctrico funciona por medio de una pila de combustible del tamaño de una nevera, la cual se alimenta por medio de Hidrogeno obtenido del gas natural utilizado para calentar el agua y cocinar. Tras producirse el Hidrogeno, se le es mezclado con Oxigeno para posteriormente alimentar la casa por medio de combustión. • La casa produce 1,5Kw de energía eléctrica y 3Kw de calor

32. Motores de Hidrogeno • Los motores de Hidrogeno se clasifican fundamentalmente por el funcionamiento del sistema como tal, así tenemos motores basados en celdas de combustible y motores de combustión interna.

33. Motores de Combustión Interna • Son los mas utilizados en el mercado por su bajo costo. • El Hidrogeno se puede quemar en concentración desde el 4% hasta el 70%, situación que se traduce en una alta eficiencia de combustión. • El uso de Hidrogeno extiende la vida útil del motor y reduce el mantenimiento debido a que no se acumula carbón en la cámara de combustión, ni en las bujías y los gases que se producen son mu limpios lo que minimiza la necesidad de cambios de aceite. • Las emisiones de gases contaminantes son relativamente muy bajas y su toxicidad es mínima en comparación con los motores convencionales.

34. Motores Eléctrico con Celda de Combustible. • Estos motores son considerados de poca fiabilidad, debido a que son tecnologías que aun se encuentran en desarrollo. • Toyota es una de las empresas pioneras en la utilización y desarrollo de estos motores, fueron los primeros en perfeccionar el rendimiento y eficiencia de las celdas de combustible. • Como resultado de la investigación, Toyota lanza al mercado el FCHV-adv, el cual mejoro el rendimiento de combustible en un 25%, además de ello permitió mejorar el arranque del vehículo a bajas temperaturas y los sistemas de frenado y la optimización del sistema auxiliar.

35. Obstáculos a Superarse. • Infraestructura de Producción, Transporte y Almacenamiento. • Problemas de la Combustión. • Producción Masiva. • Seguridad y Aceptación Social.

36. HydroForce de Colombia

38. Se trata de un fotocatalizador en polvo que facilita y abarata el proceso de producción de hidrógeno, al permitir su producción a temperatura y presión ambiente. Básicamente el fotocatalizador sólido se introduce en un recipiente con etanol y se le aplica luz ultravioleta. El dióxido de titanio del catalizador reacciona con la luz generando electrones que son capturados por nanopartículas metálicas de oro. Estas nanopartículas a su vez reaccionan con el alcohol presente en la mezcla liberando el hidrógeno.

39. Efectos del Hidrógeno sobre la salud • Efectos de la exposición al hidrógeno: • - Fuego: Extremadamente inflamable. Muchas reacciones pueden causar fuego o explosión. • - Explosión: La mezcla del gas con el aire es explosiva. Vías de exposición: La sustancia puede ser absorbida por el cuerpo por inhalación. • - Inhalación: Altas concentraciones de este gas pueden causar un ambiente deficiente de oxígeno. Los individuos que respiran esta atmósfera pueden experimentar síntomas que incluyen dolores de cabeza, pitidos en los oídos, mareos, somnolencia, inconsciencia, náuseas, vómitos y depresión de todos los sentidos. • La piel de una víctima puede presentar una coloración azul. Bajo algunas circunstancias se puede producir la muerte. No se supone que el hidrógeno cause mutagénesis, embriotoxicidad, teratogenicidad o toxicidad reproductiva. Las enfermedades respiratorias pre-existentes pueden ser agravadas por la sobreexposición al hidrógeno. Riesgo de inhalación: Si se producen pérdidas en su contenedor, se alcanza rápidamente una concentración peligrosa.

40. Peligros físicos: El gas se mezcla bien con el aire, se forman fácilmente mezclas explosivas. El gas es más ligero que el aire. • Peligros químicos: El calentamiento puede provocar combustión violenta o explosión. Reacciona violentamente con el aire, oxígeno, halógenos y oxidantes fuertes provocando riesgo de incendio y explosión. Los catalizadores metálicos, tales como platino y níquel, aumentan enormemente estas reacciones.

41. ¿Qué es lo que van a quemar en lugar de carbón? Agua, respondió Pencroft. El agua, descompuesta en sus elementos por la electricidad. Sí, amigos míos, creo que algún día se empleará el agua como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno de los que está formada, usados por separado o de forma conjunta, proporcionarán una fuente inagotable de luz y calor. El agua será el carbón del futuro. Julio Verne “La isla misteriosa” (1874)

42. Bibliografía • http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_del_futuro#Hidr.C3.B3geno • http://www.ambiente.gov.ar/?idarticulo=1269 • http://es.wikipedia.org/wiki/Econom%C3%ADa_de_hidr%C3%B3geno • http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish05/sum05/p34_47.pdf • http://www.sotaventogalicia.com/es/area-tecnica/instalaciones-renovables/planta-de-hidrogeno • http://www.ison21.es/2012/10/23/avances-en-las-plantas-de-produccion-de-hidrogeno-a-partir-de-energia-solar/ • http://www.monografias.com/trabajos34/hidrogeno/hidrogeno.shtml • http://www.asemfo.org/empresas/aecientificos/documentos/LAECONOMIADELHIDROGENO.pdf • file:///Users/elianaconde/Downloads/el_hidrogeno_y_la_energia.pdf • http://www.slideshare.net/wirifigi/mtodos-de-obtencin-del-hidrgeno • http://www.es.airliquide.com/es/oferta-air-liquide/hydrogen-energy/como-funciona-1/produccion-de-hidrogeno.html#.U3AlsK15OTo • Videos: http://www.youtube.com/watch?v=k35hkhvA1jk ; http://www.youtube.com/watch?v=jq4Bh3lqIHs • ; http://www.youtube.com/watch?v=7rWD_KlEWVA

43. Bibliografía. • http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2013/05/23/132064 • http://www.aficionadosalamecanica.net/motores-hidrogeno.htm • http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2008/11/06/105998 • http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2010/12/09/131049 • http://europa.eu/legislation_summaries/internal_market/single_market_for_goods/motor_vehicles/motor_vehicles_technical_harmonisation/mi0043_es.htm • UnitedStatesDepartment of Energy FY2005 ProgressReport. IV.E.6 HydrogenfromWater in a Novel RecombinantOxygen-TolerantCyanobacteriaSystem. HO Smith, Xu Q. http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress05/iv_e_6_smith.pdf