El hidrógeno es una de las principales alternativas para sustituir a los combustibles fósiles, que representan claramente un problema de sostenibilidad ambiental. Aunque la naturaleza pueda regenerarse tras grandes catástrofes, necesita un tiempo que la sociedad humana no le da. Por ello debemos analizar si el hidrógeno puede sustituir al gas natural y otros combustibles fósiles, como energía renovable o simplemente ser un complemento.
Sin embargo, para hablar de la sustitución del gas por hidrógeno, o que sean complementarios, primero debemos conocerlos. Para empezar, debemos saber que el hidrógeno es el elemento más simple y el más abundante en el universo. Bajo las condiciones de nuestro planeta, el gas existe en forma di-atómica, H2. Sin embargo, debido a su alta volatilidad no suele estar en estado puro, sino combinado con otros elementos.
Esta alta volatilidad o capacidad de reacción hace que sea interesante como combustible puesto que, al reaccionar con otros elementos, el proceso químico-físico desprende gran cantidad de energía. Sin embargo, también es difícil su fabricación para conseguir un gas combustible. Una forma que se evalúa es utilizando paneles solares en lugar de la quema de combustibles fósiles.
Hidrógeno como combustible
| Propiedad físico-química | Valor |
| ✓ Peso molecular | 2,01594 |
| ✓ Densidad del gas a 0 ºC y 1 atm. | 0,08987 kg/m3 |
| ✓ Densidad del líquido a -253 ºC | 708 kg/m3 |
| ✓ Densidad del sólido a -259 ºC | 858 kg/m3 |
| ✓ Temperatura de fusión (de sólido a líquido) | – 259 °C |
| ✓ Temperatura de ebullición a 1 atm (de líquido a gas) | – 253 °C |
| ✓ Calor de fusión a -259 ºC | 58 kJ/kg |
| ✓ Calor de vaporización a -253 ºC | 447 kJ/kg |
Para usar el hidrógeno como combustible los límites de inflamabilidad son especialmente importantes. Cuando este se mezcla en aire seco a una presión de 101,3 kPa y a una temperatura de 25 ºC, los límites inferior y superior son de 4,1% y 74,8%, respectivamente. En el caso de la mezcla hidrógeno-oxígeno son de 4,1% y 94%.
Sin embargo, una reducción en la presión por debajo de 101,3 kPa tiende a estrechar el rango de inflamabilidad, aumentando el límite inferior y disminuyendo el superior. Esto hace que, incluso las pequeñas fugas de hidrógeno, tengan un gran peligro de incendiarse o explotar. Este factor aumenta sensiblemente en un recinto cerrado, aumentando drásticamente el riesgo de combustión y explosión, básicamente debido a que la cantidad de hidrógeno está más concentrada.
Como ejemplo de su potencial combustible vemos la siguiente imagen, en la que observamos los límites de inflamabilidad de diferentes combustibles que utilizamos en nuestro día a día.
Gas natural vs. hidrógeno
Para saber si el hidrógeno puede sustituir al gas natural, debemos analizar las diferencias que hay en su utilización como combustibles. Para ello revisaremos una instalación real en el proyecto ‘Green Pipeline Project’ que se realizó en Portugal. En esta serie de imágenes comprobamos las dos instalaciones, una de gas natural y otra de hidrógeno, que están en funcionamiento simultáneamente.
Se observan las dos instalaciones en las que se queman ambos gases. A la derecha de la foto vemos la salida del quemador de hidrógeno, en la que no se ve ninguna llama. Casi en la parte izquierda, donde vemos a un operario de la instalación, está la salida del quemador del gas natural, donde se aprecia una gran llama de color amarillo-anaranjado.
La imagen muestra claramente cómo el hidrógeno y el gas natural arden de una forma muy diferente, algo muy importante a tener en cuenta en cualquier tipo de proyecto en el que se quiera sustituir un gas por otro. Debemos entender cómo afecta la llama al proceso final, desde un horno hasta un motor de combustión interna.
Principales diferencias entre la combustión del hidrógeno y del gas natural:
- La llama del gas natural es amarilla/naranja y produce una temperatura de alrededor de 1.800 ºC.
- En cambio, la llama del hidrógeno es prácticamente invisible a pesar de que produce una temperatura mucho más alta, alrededor de 2.200 ºC.
- Además, la llama del hidrógeno apenas emite radiación en el espectro de luz visible. Esto hace que su entorno no se caliente de forma significativa, algo que sí ocurre con el gas natural. Esto es peligroso para los operarios que trabajan en una instalación de combustión de hidrógeno, puesto que al no calentar tanto su entorno puede parecer que está apagado. Así, ante una posible fuga de hidrógeno que está combustionando, un operario puede acercarse demasiado a la llama sin siquiera haberla percibido.
- Otro aspecto a tener en cuenta es la velocidad de llama del hidrógeno, que es casi cinco veces superior a la del gas natural. Esta característica es beneficiosa para una combustión, aunque al mismo tiempo complica el control de la misma llama.
