Aunque el hidrógeno representa aproximadamente el 75% de la masa del universo, el pequeño elemento inocuo 1 de la tabla periódica no fue fácil de descubrir.
En 1671, un químico irlandés llamado Robert Boyle fue el primero en producir artificialmente el gas extremadamente ligero e inflamable mientras experimentaba con hierro y ácidos. Pero ni él ni varios otros científicos, que produjeron hidrógeno durante los siguientes casi cien años, se dieron cuenta de que el gas era un elemento separado.
Luego, en 1766, el científico británico Henry Cavendish descubrió que el hidrógeno era una «sustancia discreta», es decir, un elemento propio. Llamó al gas «aire inflamable «y especuló que era de hecho idéntico a una sustancia hipotética llamada» flogisto», que deriva del griego antiguo y describe un elemento similar al fuego liberado durante la combustión. Cavendish, a quien generalmente se le da crédito por el descubrimiento, también descubrió en 1781 que el gas producía agua cuando se quemaba.
Pero el hidrógeno recibió su nombre real de otro científico, el químico francés Antoine Lavoisier. Lo derivó del término griego para agua, hidro, y la palabra genes, que significa creador, porque el hidrógeno «crea agua» cuando se quema.
¿Cuál es el color del hidrógeno?
El gas es incoloro, se podría decir de inmediato, lo cual es cierto, por supuesto. Pero como el hidrógeno se promociona como el Santo Grial de la transición de energía verde, los científicos le dieron tres colores adicionales para describir de dónde proviene el gas.
Hay «hidrógeno gris», que se produce utilizando gas natural. Desafortunadamente para la Madre Naturaleza, el proceso, ampliamente utilizado en la industria petroquímica y de fertilizantes, causa importantes emisiones de carbono. A escala mundial, el hidrógeno gris es responsable de casi el 2% de las emisiones mundiales.
En segundo lugar, y con una huella ecológica menor, está el «hidrógeno azul».»También se basa en gas natural, pero contiene CO2 obtenido de una nueva tecnología llamada Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS), que tiene como objetivo capturar las emisiones de carbono que normalmente entrarían al aire y calentarían la atmósfera.
Y, finalmente, tenemos el «hidrógeno verde», que es el producto de la electrólisis del agua utilizando electricidad renovable, con emisiones netas de carbono cercanas a cero. La gran ventaja obvia del hidrógeno verde es que puede absorber el exceso de electricidad cuando el suministro de energía eólica y solar excede la demanda. Funcionaría a precios de electricidad muy bajos e incluso negativos, lo que sería un gran argumento comercial para la producción cuando cada vez se conecten más y más energías renovables.
La física y la química detrás del Elemento 1
Se cree que el hidrógeno es uno de los tres elementos producidos en el llamado Big Bang, los otros son el helio y el litio. Es el elemento más abundante del universo, que constituye el 75% de la materia normal en masa y más del 90% en número de átomos. La vida no puede existir sin hidrógeno, porque está en casi todas las moléculas de los seres vivos.
El hidrógeno es el número 1 en la tabla periódica, pero ¿puede ser también el número 1 cuando se trata de frenar la contaminación ambiental?
Debemos la mayor parte de la energía de nuestro planeta al hidrógeno, debido a los incendios nucleares del sol que convierten el hidrógeno en helio liberando cantidades masivas de energía. El primer experimento de reacción en cadena de la humanidad se llevó a cabo utilizando una mezcla de gases de hidrógeno y cloro. En 1913, el químico alemán Max Bodenstein desencadenó la reacción en cadena en la mezcla, años antes de que se descubriera la primera reacción en cadena nuclear.
El hidrógeno es el átomo más simple posible. Solo tiene un protón en el núcleo, que está orbitado por un solo electrón. Es el único elemento que no tiene neutrones. El hidrógeno líquido tiene la densidad más baja de cualquier líquido, mientras que el hidrógeno cristalino tiene la densidad más baja de cualquier sólido cristalino. Reacciona explosivamente con los elementos oxígeno, cloro y flúor.
El antihidrógeno es el único elemento de antimateria que se ha fabricado hasta ahora. Científicos del acelerador de partículas del CERN en Suiza sintetizaron átomos de antihidrógeno durante hasta 17 minutos, descubriendo que cada átomo de antihidrógeno contiene un positrón (versión con carga positiva del electrón) orbitando un antiprotón (versión con carga negativa del protón).
Alemania recurre a la energía de hidrógeno limpia para cumplir con los objetivos ecológicos
Increíblemente versátil
En la industria petroquímica, se utilizan grandes cantidades de hidrógeno para mejorar los combustibles fósiles, especialmente en un proceso llamado hidrodesulfuración utilizado para separar el azufre en los combustibles.
Además, hay un proceso llamado hidrogenación que significa que se agrega hidrógeno a varias sustancias para convertir, por ejemplo, grasas y aceites insaturados en margarinas en saturados. Cuando se combina con nitrógeno, el hidrógeno se utiliza para hacer amoníaco para fertilizantes, y el gas versátil puede incluso reducir los minerales a metales.
Debido a sus muchas propiedades favorables, que incluyen baja densidad y viscosidad, así como la conductividad térmica específica más alta de todos los gases, el hidrógeno es un refrigerante perfecto en los generadores de centrales eléctricas.
En la industria de semiconductores, el hidrógeno se emplea para saturar los llamados enlaces rotos o «colgantes» de silicio amorfo y carbono amorfo que ayudan a estabilizar las propiedades del material.
Sin olvidar el hidrógeno como fuente de energía. Los expertos están de acuerdo en que todavía estamos a décadas de utilizar el gas para este fin, porque allí solo puede desempeñar un papel en el contexto hipotético de la generación comercial de energía de fusión nuclear, una tecnología que actualmente está lejos de ser implementada. La energía del sol también proviene de la fusión nuclear de hidrógeno, pero este proceso ha sido difícil de lograr de manera controlada en la Tierra hasta ahora.
¿Un papel en el futuro post-carbono?
Desafortunadamente, la producción de hidrógeno elemental requiere más energía de la que se obtiene quemándolo. Además, la densidad de energía por unidad de volumen es significativamente menor que la de los combustibles fósiles tradicionales.
Pero en el contexto de los esfuerzos mundiales para mitigar el cambio climático, el «hidrógeno verde» se discute ampliamente como un posible portador futuro de energía que podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
En el transporte, las pilas de combustible, que convierten el hidrógeno y el oxígeno directamente en electricidad, podrían reemplazar el motor de combustión e incluso compensar la mayoría de los inconvenientes de los automóviles alimentados por baterías, como el alcance y los tiempos de recarga. Para los camiones pesados, la tecnología parece ser la única alternativa comercialmente viable con bajas emisiones de carbono a los combustibles tradicionales, también en el transporte ferroviario.
El hidrógeno verde también se puede almacenar, distribuir y utilizar como materia prima para la energía estacionaria y los sectores industriales y manufactureros, como la fabricación de acero.
Pero a pesar de ser un prometedor portador de energía en un sistema de energía con bajas emisiones de carbono, el hidrógeno verde todavía se enfrenta a importantes desafíos técnicos y comerciales. Sus desventajas, como la débil eficiencia energética y los enormes requisitos de infraestructura, podrían ser abrumadoras fuera de unos pocos usos básicos.