ESHB_U1_A1

Universidad Seminario de Abierta y a Distancia y bioenergía de México U'(DAD () *lHidrógeno Hidógeno

INTRODUCCION El petróleo está en sus vísperas de su desuso y no solo por el daño que le

Universidad Abierta y a Distancia de Méxic

hace al medo am!ente sno por su e"stenca relatvamente corta pues se estma que para el #$%$ &'"co ha!rá aca!ado con sus reservas de petróleo(

 )nte tal panorama* se va acomodando como el me+or canddato para o!tener 

Seminario de Hidrógeno y 0ioenergía

ener,ía el hdró,eno -. #/( 0os átomos de este elemento químco se componen

de tan solo un protón y un electrón* y estos son los más a!undantes1 cerca del 2$3 de todos los átomos que e"sten e "sten en el Unverso son del . #(

Docente En nuestro planeta no es tan a!undante* cerca del 453 de todos los átomos Heraclio Mu-o. /ru. son de .   y estos apenas con6orman el $(23 de la masa del planeta* la #

mayoría de estos átomos se encuentran en las mol'culas del a,ua( ) pesar de su relatva escase7 en la terra* el . #  6orma parte de un mayor n8mero de

U'(DAD () *l Hidrógeno

compuestos químcos que cualquer otro elemento

En nuestro planeta este elemento no es tan a!undante1 apro"madamente el

Actividad !) +eacción ,uímica en la masa total del planeta( 0a mayoría de los átomos de .Hidrógeno  que e"sten en la Terra Terra Producción del 453 de todos los átomos son de . # y +untos consttuyen apenas el $(23 de la #

están en las mol'culas de a,ua( 9ese a su relatva escase7 en este planeta* el

.# 6orma parte de un mayor n8mero de compuestos químcos que nn,8n otro elemento(

Presenta Como anterormente se menconó*  se encuentra com!nado en 6orma de Angelel .Vera Jeronimo a,ua o de compuestos or,áncos( 9or ello* se puede o!tener de esas 6uentes* Matricula A!"#$#%&& pero pero para para sepa separa rarl rlo o de sus sus comp compue uest stos os es prec precs so o sum sumn nst stra rarr ener ener,í ,ía( a( #

 )ctualmente* el .# se o!ten o!tene e prnc prncpa palme lmente nte de sustan sustanca cas s e"traí e"traídas das del petróleo1 hdrocar!uros ,aseosos1 como el metano y el propano* o alcoholes: como el metanol o el etanol* estos son líqudos(

“A lo largo de espacio hay energía, y es una mera cuestión de tiempo  hasta que los hombres tengan éxito en sus mecanismos vinculados al  aprovechamiento de esa energía”  Nikola esla !"#$%&"'()*

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 )N;E0 $?? 2

D6erentes reaccones para o!tener el . #( 0a produccón del .# es !áscamente* e"traerlo desde los compuestos 6uentes* tales como1 el a,ua* hdrocar!uros y la !omasa a trav's de procesos 6ísco@ químcos que necestan certa cantdad de ener,ía para poderle l!erar( .oy en día e"sten m'todos de o!tencón más desarrollados que otros( )l,unos se encuentran en etapa e"permental pero por otro lado* otros ya están ndustral7ados(

Electrolisis Este proceso* consste en la descomposcón del a,ua utl7ando electrcdad* con este proceso* el . # que se o!tene tene una ,ran pure7a( A a este proceso le aplcamos electrcdad producda de una 6uente renova!le* se compensaría a la naturale7a( El prncpo es el s,uente1 Una 6uente de almentacón el'ctrca está conectada a dos electrodos o dos placas que se colocan en a,ua* por ello ,eneralmente son de platno o acero no"da!le* en una celda dseñada correctamente* el .# aparece en el cátodo -es el electrodo con car,a ne,atva* por aquí los electrones entran al a,ua/ y el o"í,eno aparecerá en el ánodo -car,a postva/( De acuerdo con la prmera ley de Baraday4 de la electrolss1 “La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad  transferida a este electrodo” 

0a cantdad de . # ,enerado es el do!le del n8mero de moles de o"í,eno* y am!os son proporconales al total de car,a el'ctrca llevada a ca!o por la solucón( An em!ar,o* en muchas c'lulas compten reaccones secundaras domnantes* dando lu,ar a d6erentes productos y menos de la e6cenca deal de Baraday(

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0a electrolss del a,ua pura* requere el e"ceso de ener,ía en 6orma de so!retensón para poder superar la actvacón de sus !arreras* sn el e"ceso de ener,ía al aplcar la electrolss del a,ua pura* esta podría ser un proceso muy lento o no pasaría nada( "& +eyes de araday de la electrólisis

Esto se de!e en ,ran parte a la lmtada auto on7acón del a,ua* esta es la reaccón del a,ua cons,o msma para o!tener un equl!ro acdo@!ase:

+¿ ¿ −¿+ H  O ¿  H  O + H  O ⇉ OH  3

2

2

9or ello para aumentar la e6caca de la electrolss* se le adconan electroltos* como la sal* un ácdo o al,una !ase* y el uso de electro catal7adores El proceso es el s,uente* en el a,ua el cátodo es car,ado ne,atvamente* entonces una reduccón de la reaccón se lleva a ca!o* con los electrones desde el cátodo está dando a los catones de .# para 6ormar ,as .#1  Reducciondel catodo

−¿ ⟶ H  ( g ) +¿ ( aq ) + 2 e¿ 2

¿ 2 H 

El ánodo car,ado postvamente* se produce una o"dacón* empe7a a ,enerar  ,ases de o"í,eno y da electrones al ánodo para completar el crcuto Oxidacion

−¿ +¿ ( aq ) + 4 e ¿ ¿ 2 H  O ( I ) ⟶ O ( g ) + 4 H  2

2

0as reaccones tam!'n pueden ser equl!radas* no todas son equl!radas con el ácdo o !ase( &uchas lo hacen como la o"dacón o reduccón del a,ua1 Cátodo ( reducción )

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−¿ ( aq ) −¿ ⟶ H  ( g )+ 2 O H ¿ ¿ 2 H  O ( I ) + 2 e 2

2

 Anodo ( oxidacion )

−¿ +¿ ( aq ) + 4 e ¿ ¿ 2 H  O ( I ) ⟶ O ( g ) + 4 H  2

2

Ima,en4( Electrolss del a,ua

Reformado Es la reaccón de hdrocar!uros ante el calor y el vapor de a,ua* este es un proceso ,eneral7ado a ,ran escala que permte o!tener el . # a un !a+o costo a partr de ,as natural( Este proceso plantea certas oportundades para poderse com!nar con la 6+acón del CO # a ,ran escala* a esto se le conoce como el almacenamento del car!ono( 9or otra parte* las undades a pequeña escala no son comercales y el .# contene certas mpure7as* en al,unos casos resulta necesara la lmpe7a del ,as( El re6ormado de metano -C. >/ con vapor* es un proceso utl7ado a lo lar,o de varas d'cadas para poder producr u o!tener .#( 9or tratarse de la tecnolo,ía

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más económca* este proceso es el que se utl7a en la actualdad en la produccón ndustral del .# su reaccón es1 CH 4 + H 2 O ⟶ CO + 3 H 2

El ,as natural reaccona con vapor de a,ua so!re un catal7ador de níquel colocado en el re6ormador prmaro a temperaturas de 2#?(5 C y una presón total de #$@%$ !ar( Como el ,as natural tene mpure7as de a7u6re* se pasa por  una etapa preva de elmnacón de esta mpure7a para evtar el deteroro de la actvdad catalítca( 0a corrente lmpa de C.> se hace reacconar despu's en un reactor al que se ncorpora un catal7ador de níquel( El ,as de salda es rco en .# pero contene una proporcón de monó"do de car!ono* que a su ve7 se trans6orma en otro reactor* o ncluso dos* en . #  adconal medante reaccón con vapor de a,ua( El ,as resultante tene un contendo elevado de .#* +unto al dó"do de car!ono y cantdades mucho más !a+as de C.> no convertdo y monó"do de car!ono remante* usualmente 43 en volumen( En las plantas modernas de produccón de .# se ncorporan undades de pur6cacón medante compresóna!sorcónresorcón que permten alcan7ar  un .# my puro de 22(2223 Como el ,as natural contene una pequeña proporcón de otros hdrocar!uros tales como etano* propano y !utano* que se descomponen con 6acldad y ,eneran resduos car!onosos en las condcones de re6ormado del metano C. > componente mayortaro* se requere una etapa preva de re6ormado para trans6ormar una parte de los hdrocar!uros presentes en el ,as natural en una me7cla de CO .#( Este proceso se ncorpora antes de la undad de re6ormado y permte operar  con una ,ran cantdades de almentacones ase,urando que la almentacón es constante en todas las undades de re6ormado( El pre@6ormado tene un 6uerte e6ecto so!re la composcón ,aseosa que almenta la undad de re6ormado con vapor( )sí* los hdrocar!uros de cadena más lar,a se elmnan completamente al msmo tempo que se converte en 6raccón del C.>( Dado a que estos hdrocar!uros de cadena lar,a tenen tendenca a 6ormar car!ono* este proceso de pre@re6ormado mnm7a la 6ormacón de resduos de car!ón durante el propo proceso de re6ormado del C.>* lo que redunda en un tempo de vda lar,o de los sstemas catalítcos utl7ados(

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Ima,en #( Re6ormador de ,as natural

Gasificación 9artendo de hdrocar!uros pesados y !omasa se 6orma .# y ,ases para re6ormado medante la reaccón con vapor de a,ua y o",eno( 9er6ectamente adecuado para hdrocar!uros pesados a ,ran escala* puede utl7arse para com!ust!les sóldos* como el car!ón y los líqudos( 9resenta al,unas smltudes con com!ust!les snt'tcos dervados de la !omasa( 0as undades

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pequeñas son muy escasas* ya que el . # suele e",r una lmpe7a sustancal antes de su uso( 0a ,as6cacón de !omasa aun es o!+eto de nvest,acón y tene mplcacones de!do a la utl7acón de ,randes e"tensones de terra( El .# que se o!tendrá medante este proceso entra en competenca con los com!ust!les snt'tcos dervados de la !omasa( 0a ,as6cacón permte o!tener ,as de síntess -CO F .#/ medante la cale6accón controlada del resduo a temperaturas de $$@4$$$ C en atmos6era de o",eno o vapor de a,ua( El ,as de síntess o!tendo puede utl7arse como com!ust!le drecto* como 6uente de . #* como matera prma químca para preparar ,asolna o desel( El empleo de vapor de a,ua en la almentacón permte ncrementar la produccón de .# reducendo la produccón de alqutranes y monó"do de car!ono( 0a ,as6cacón* está partcularmente ndcada para el tratamento de resduos ve,etales d6íclmente aprovecha!les por otras vías( 0a o!tencón de .# por ,as6cacón de !omasa se presenta como una opcón nteresante* ya que tene la venta+a so!re el procedmento clásco -re6ormado de metano con vapor de a,ua/ de emplear un resduo y no matera prma químca( 9or lo tanto* se cons,ue real7ar la do!le tarea de elmnarlo y a la ve7* valor7arlo( 0a ,as6cacón de resduos ve,etales* no o!stante* presenta una sere de desa6íos( 9or un lado* desarrollar catal7adores que ma"mcen la produccón de hdró,eno a las elevadas temperaturas de tra!a+o con la mayor vda 8tl pos!le( 9or otra parte* conse,ur el má"mo a,otamento pos!le de monó"do de car!ono en la corrente de . #  o!tenda consderando su 6utura aplcacón como com!ust!le en una pla( El motvo radca en el envenenamento de los electrodos por el monó"do de car!ono y que mpos!lta su 6unconamento( No o!stante* a pesar de estas d6cultades* la ,as6cacón de resduos ve,etales para o!tener hdró,eno presenta un 6uturo esperan7ador(

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Ima,en %( ;as6cacón de !omasa(

Ciclos termoquímicos. Estos utl7an el calor !arato de alta temperatura* procedente de la ener,ía nuclear o de la solar concentrada( Este proceso se muestra potencalmente atractvo para su aplcacón a ,ran escala* con un !a+o costo* y sn emsón de ,ases de e6ecto nvernadero* para la ndustra pesada o el transporte( .oy en día

e"sten

d6erentes

proyectos

de

cola!oracón

nternaconal

so!re

nvest,acón* desarrollo y puesta en operacón de plantas que operen con este proceso(

Producción biológica 0as al,as y las !acteras producen drectamente .# en determnadas condcones( Durante los 8ltmos años se estuda este recurso de ,ran enver,adura potencal aunque con un rtmo de produccón de . # !astante lento( Ae necestan ,randes super6ces y la mayor parte de los or,ansmos apropados no se han encontrado todavía( .oy día está sendo o!+eto de estudo en dstntos centros nvest,acón(

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Conclusones( El petróleo se está aca!ar* lo podemos notar al ver como entre países luchan conqustarse para o!tener su crudo o para tener una !uena poscón mercantl mundal* tal es el caso de lo que ha vendo pasando en ;a7a* y el ntento de Irán y )ra!a Aaudí por hacerse con 'l( 9or ello las mentes !rllantes !uscan alternatvas renta!les* como la e"plotacón del hdró,eno pues es una 6uente muy prometedora y hay mucho de donde e"plotar en su produccón* pero ,eneralmente cuando estos ,enos encuentran la per6ecta solucón ellos termnan muy mal* desde las sucas cuartadas de Edson haca NGola Tesla* hasta la Hmuy rara* y msterosa muerte de Rudol6 Desel* o el recente caso de la msterosa muerte de Atanley &eyers* todo por su auto que utl7a!a la electrolss del a,ua para poder  aprovechar el hdro,eno como com!ust!le( Todos estos ma,ní6cos seres !orrados por los ,randes mperos petroleros( Consdero que la me+or opcón es o!tener hdro,eno a trav's de la produccón !olo,ía de al,as* pues aparte de que son e"celentes receptoras del CO # se pueden ocupar como almento de ,anado o me+or a8n* como !omasa y poder  o!tener hdro,eno(

Referencias •

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