En el universo, el Hidrógeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del Hidrógeno molecular. Como plasma, el electrón y el protón del Hidrógeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el Sol y otras estrellas) [ 10]. Las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con la magnetósfera terrestre generando el fenómeno de la aurora [ 10].
Bajo condiciones ordinarias en la Tierra, el Hidrógeno existe como gas diatómico, H2. Sin embargo, el Hidrógeno gaseoso no es abundante en la
atmósfera de la Tierra (1 ppm en volumen), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la gravedad terrestre más fácilmen te que otros gases más pesados [ 6]. Aunque los átomos de Hidrógeno y las
moléculas diatómicas de Hidrógeno abundan en el espacio interestelar, son difíciles de generar, concentrar y purificar en la Tierra [ 8]. El
Hidrógeno es el decimoquinto elemento más a bundante en la superficie terrestre [ 6]. La mayor parte del Hidrógeno terrestre se encuentra
formando parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o agua [ 7]. El Hidrógeno gaseoso puede ser producido por algunas bacterias
y algas, y es un componente natural de l metano que es una fuente de enorme importancia para la obtención del Hidrógeno [ 9].
1.5 Factibilidad propiedades y usos del Hidrógeno
El uso de la energía por el hombre ha sido una actividad cotidiana en el desarrollo de la humanidad. Factores como la disponibilidad en tiempo y cantidad, facilidad de uso, precio y seguridad han determinado el tipo de
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energía a utilizar y, como consecuencia, los dispositivos tecnológicos han sido concebidos para usar la energía en la presentación de más fácil acceso. En la época actual, la combustión y la electricidad son los métodos principales para obtener energía de uso co tidiano.
La energía siempre ha sido un bien de consumo generalizado e inten sivo, entre la mitad y una tercera parte de la energía producida anualmen te en un país industrializado, es usada para energizar los inmuebles, y otra tercera parte es usada para mo ver a la gente y los bienes comerciales [ 1]. Como la energía es relativamente fácil de producir, las tecnologías usadas frecuentemente no son avanzadas y tienen baja eficiencia [ 8].
El consumo de energía se ha incrementado junto con las necesidades de transporte debido a la conformación de nuevas regiones comerciales. Pero los métodos usados para proporcionar energía generan importantes riesgos para la comunidad en donde se produce y gradualmente repercuten en un decremento del bienestar general.
Posibles deficiencias en el suministro de energía o aspectos ambientalistas orillan a buscar alternativas de mayor eficiencia, reversibles y seguras. Una posible alternativa que ya había sido explorada, pero no desarrollada, por Henry Cavendish, Antoine Laurent Lavoisier y Sir W illiam Robert Grove, y que actualmente ha recobrado la atención de la comunidad científica, es el uso del Hidrógeno como combustible y como portador de energía [ 1].
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1.5.1 Propiedades del Hidrógeno
El Hidrógeno común tiene un peso molecular de 2.01594 g/mol. El gas tiene una densidad de 8.99 x 10-2 kg/m3 a 0 ºC y 1 atm. Su densidad relativa, comparada con la del aire, es de 0.0695. El Hidrógeno es la sustancia más inflamable de todas las que se conocen. Este elemento es un poco más soluble en disolventes orgánicos que en el agua. Muchos metales lo absorben [ 1].
La adsorción del Hidrógeno en el acero puede volverlo quebradizo, lo que lleva a fallas en el equipo para procesos químicos [ 5]. A temperaturas
ordinarias el Hidrógeno es una sustancia poco reactiva a menos que haya sido activado de alguna manera; por ejemp lo, por un catalizador adecuado y a temperaturas elevadas es muy reactivo [ 11].
1.5.2 Principales compuestos del Hidrógeno
El Hidrógeno es constituyente de un número muy grande d e compuestos que contienen uno o más de otros elementos. Esos compuestos incluyen el agua, los ácidos, las bases, la mayor parte de los compuestos orgánicos y muchos minerales. Los compuestos en los cuales el Hidrógeno se combina sólo con otro elemento se denominan generalmente Hidruros [ 10].
1.5.3 Preparación del Hidrógeno
Se pueden aplicar muy diversos métodos para preparar Hidrógeno gaseoso. La elección del método depende de factores como la cantidad de
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Hidrógeno deseada, la pureza requerida, la dispon ibilidad y costo de la materia prima [ 4].
Entre los procesos que más se emplean están las reacciones de metales con agua o con ácidos, la electrólisis del agua, la reacción de vapor con hidrocarburos u otros materiales orgánicos, y la descomposición térmi ca de hidrocarburos [ 1 2].
1.5.4 Usos no energéticos
Desde el inicio de la era industrial, el Hidrógeno ha sido un importante insumo: como materia prima en la producción de fertilizantes, tintes y plásticos; como material de ignición en soldadura, e inclu so para obtener combustibles líquidos sintéticos del carbón [ 4].
El Hidrógeno, en procesos químicos, es un buen agente reductor. Uno de los manejos más comunes del Hidrógeno en la industria es la producción de fertilizantes amoníacos por medio de la reacc ión de nitrógeno e Hidrógeno bajo presión. También se usa como extractor de oxígeno en metalurgia y en el tratamiento térmico de metales ferrosos para cambiarles características físicas. El uso del Hidrógeno aumenta con rapidez en las operaciones de refina ción del petróleo, como el rompimiento por Hidrógeno (hydrocracking), y en el tratamiento con Hidrógeno para eliminar azufre. Se consumen grandes cantidades de Hidrógeno en la hidrogenación catalítica de aceites vegetales líquidos insaturados para obtener grasas sólidas. La hidrogenación se utiliza en la manufactura de productos químicos orgánicos [ 1 3].
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1.5.5 Usos energéticos
La principal modalidad técnica viable con tecnología existente, para el desarrollo de una economía sustentada en el Hidrógeno como energético, es la celda de combustible, un dispositivo que convierte directamente energía química en eléctrica mediante la combinación del Hidrógeno con oxígeno del aire, dejando como subproductos agua y calor. Su más importante diferencia con las batería s convencionales, es que éstas agotan los reactivos electroquímicos al generar la corriente mientras que las pilas de combustible producen la electricidad utilizando la reacción entre el Hidrógeno que se renueva continuamente y el oxígeno del aire, para producir agua liberando electrones. Grandes cantidades de Hidrógeno se emplean como combustible de cohetes, en combinación con oxígeno o flúor, como un propulsor de cohetes impulsados por energía nuclear [ 4].
Las aplicaciones energéticas de las celdas de co mbustible son de tres tipos:
En plantas de generación fija o estacionaria, en plantas portátiles y en automóviles [ 4].