L'hidrogen. Combustible del futur?

 

Fotografia: vehicle de la marca Hyundai propulsat per una pila de combustible d’hidrogen ( Wikipedia Commons)

 

Tenia de petit un amic a Sitges, on anàvem a estiuejar, que solia sorprendre’ns amb “experiments” d’allò més espectaculars. Realment no teníem ni fava del que succeïa, però ens ho passàvem ben rebé. Un dels experiments era ruixar una moneda (de poc valor) amb salfumant. Era fascinant veure la moneda encongir-se i observar el despreniment de fum, un fum de vegades picant. Com que això eren jocs de carrer, i en aquells anys el carrer no havia estat asfaltat, posàvem la moneda damunt alguna pedreta. Aleshores saltàvem de la fascinació al deliri en veure com el regalim de salfumant se les havia també amb la pedra. No en teníem ni fava, ja ho he dit, però, ai!, de seguida ens vam adonar que el fum que eixia de la moneda era diferent del fum procedent de la pedra.

No podíem saber aleshores que vèiem dues reaccions molt típiques dels àcids. El salfumant és la forma més econòmica d’adquirir a ca l’adroguer l’àcid clorhídric, un àcid molt fort. El gas que desprenia la pobre pedra minvant era diòxid de carboni, que no podíem observar perquè és incolor, i vapor d’aigua, el fum blanc que sí que vèiem sortir d’entre un garbuix de bombolles. El gas procedent de la moneda era l’hidrogen, que tampoc no podíem veure, però anava acompanyat també de vapor d’aigua i arrossegava part de l’àcid clorhídric, una part molt petita però suficient per notar una certa picantor al nas. La primera reacció, les dels àcids amb els carbonats -que prosperen molt entre les pedres allà al Garraf- és el que justifica que el salfumant es vengui en les drogueries com a producte de neteja i és la culpable de moltes taques en els marbres de les cuines (llavors que eren de marbre) quan s’hi manipulava vinagre, suc de llimona o cocacola. La segona reacció, la dels àcids amb la majoria dels metalls -el coure, l’or i el platí formen un club molt exclusiu- és la que ens va menar, anys més tard -però no molts-, a acostar un misto (algú de la colla ja devia fumar d’amagatotis) al gas de la moneda… I poder observar aquella petita explosió que ens va fer saltar del deliri al desvari, a la bogeria, al frenesí!

I és aquesta tercera reacció, la de l’hidrogen amb l’oxigen de l’aire, que produeix aigua i sobretot energia, allò que justifica aquest post.

Tot i que els alquimistes ja coneixien el gas que desprenia l’oli de vitriol (l’àcid sulfúric) en contacte amb el ferro, van caldre segles per descobrir que aquell gas era combustible i produïa aigua, fet que Lavoisier (1743 — 1794) va aprofitar per posar-li nom: hidrogen vol dir generador d’aigua. L’hidrogen avui és ben conegut. El seu àtom és el més senzill de tots els àtoms de l’univers: un protó i un electró. És impossible un àtom més simple. La molècula també és molt simple: només dos àtoms. És per això que l’univers està constituït fonamentalment d’hidrogen. Però no busqueu hidrogen lliure al vostre voltant: el que hi va haver… ja fa anys que va produir aigua en trobar-se l’oxigen.

La simplicitat de la molècula d’hidrogen fa que sigui útil en la producció d’energia però és la culpable alhora que no se n’estigui emprant. Comparem-lo amb el propà per veure-ho. Les molècules de propà estan constituïdes d’àtoms de carboni i d’hidrogen, exactament tres àtoms de carboni i vuit d’hidrogen. Quan el propà es crema en l’aire, es combina amb l’oxigen i dóna diòxid de carboni i aigua. Però l’hidrogen, en cremar-se, no pot donar diòxid de carboni perquè la seva molècula no té àtoms de carboni. Produeix només aigua. Fem servir hidrogen, doncs, en lloc de propà i adéu a l’escalfament global!

Gol a favor de l’hidrogen!

D’altra banda, el propà té molts més enllaços que la molècula d’hidrogen. Mentre aquesta només en té un entre dos àtoms d’hidrogen, cada molècula de propà en té dos entre carbonis i vuit enllaços més entre àtoms de carboni i d’hidrogen. La conseqüència de tot això és que la combustió del propà dóna molta més energia que no pas la de l’hidrogen. Caldria 7,8 metres cúbics d’hidrogen per escalfar la mateixa aigua que podríem escalfar amb només un metre cúbic de propà. Quina diferència! Encara hi ha un problema pitjor: d’on traiem l’hidrogen? No és només una qüestió de preu. El propà ja sabem d’on surt, però l’hidrogen l’hauríem d’anar a buscar a… les estrelles… Un pèl massa lluny! I del mar? No el podríem extreure del mar, de l’aigua del mar? I tant! Però, Ai!, necessitem la mateixa energia, exactament la mateixa, per extreure l’hidrogen de l’aigua que la que obtindríem per la combustió de l’hidrogen. Seria com si utilitzéssim una bomba elèctrica per elevar l’aigua fins a l’embassament i deixar-la caure per obtenir electricitat. Per sort, en el cas dels salts d’aigua, és l’evaporació del mar i la pluja (el Sol en últim terme) qui fa retornar l’aigua a les muntanyes però no hi ha res de similar per a l’hidrogen -o això pensàvem.

Empat!

Fem un resum: el propà és molt bon combustible, però un dia o altre s’acabarà i a més haurà incrementat la quantitat de diòxid de carboni molt per sobre del que l’atmosfera del planeta pot tolerar; l’hidrogen és un mal combustible en termes d’energia, però les reserves en són virtualment infinites i la seva combustió produeix únicament aigua. No hi ha, ben mirat, cap situació d’empat: l’hidrogen guanyaria clarament a mig termini si hom trobés la manera d’obtenir-lo fàcilment.

L’hidrogen es podria obtenir per electròlisi de l’aigua si l’electricitat invertida en el procés provingués al seu torn de sistemes renovables: el vent, les marees, el sol, que són en general poc regulars. Seria una forma d’emmagatzemar energia, quelcom que no es pot fer amb l’electricitat directament. Imaginem un molí de vent produint hidrogen quan la demanda elèctrica és inferior a la producció. L’hidrogen emmagatzemat podria més tard, quan no fes vent, combinar-se amb l’oxigen de l’aire en una cel·la elèctrica per produir aigua i electricitat. He vist maquetes de cotxes funcionant amb aquest principi. Són maquetes que utilitzen l’energia solar per generar l’electricitat per moure’s o bé, si no es mouen, per generar hidrogen per hidròlisi de l’aigua, i que fan servir l’hidrogen quan no hi ha prou energia solar. Malgrat els problemes que apareixen en augmentar l’escala, el Hyundai ix35 FCEV  de la fotografia és ja una realitat, tot i que no pot produir l’hidrogen que requereix la seva cel·la.

El procés d’obtenció d’hidrogen a partir de l’aigua el realitzen determinades algues al mar, però és massa lent per considerar-lo pràctic. Per això, s’estan fent esforços per modificar genèticament aquests organismes. Fa certa basarda pensar que podem modificar un bacteri, un ésser viu, a fi que produeixi allò que necessitem, però el concepte no és tampoc gaire diferent del de cultivar bacteris per fabricar iogurt. Alguns altres enfocaments parteixen de bacteris com ara Saccharolyticus Caldicellulosiruptor. Aquest organisme viu en aigües termals, a 70 C, en ambients molt pobres en glucosa i altres sucres, de manera que pot extreure energia degradant un ampli ventall de carbohidrats (el seu nom, Saccharolyticus, “trencasucres”, ho diu tot) i per mitjà d’ell podem obtenir hidrogen a partir dels residus industrials procedents de la fabricació del paper i de residus agrícoles diversos.

Sigui que obtinguem l’hidrogen a partir del tractament de residus o de l’aigua, amb intervenció o no de microorganismes modificats, tot sembla indicar que aquest gas, el més abundant a l’Univers, i el més antic, serà també el gas del futur.

Hidrogen guanya!

Més sobre biohidrogen:
http://tinyurl.com/7jao2tp
http://www.biohydrogen.nl/hyvolution