¿Por qué no se usa hidrógeno para generar electricidad en las centrales eléctricas?

Por la misma razón que el hidrógeno no se utiliza para generar electricidad a escala industrial en ningún otro caso: el hidrógeno es un medio de almacenamiento de energía, no una fuente de energía en sí misma. No existen fuentes significativas de hidrógeno libre en la Tierra que puedan cosecharse para la producción de energía. Para obtener el hidrógeno, debe gastar otro tipo de moneda energética, ya sea energía eléctrica, energía química o energía térmica.

Prácticamente todas las formas en que actualmente tenemos que generar hidrógeno a gran escala dependen de los combustibles fósiles. Esto es por una buena razón; La química para hacerlo produce hidrógeno mucho más eficientemente que con la electrólisis, y la electricidad tiende a ser nuestra fuente de energía más costosa debido a su calidad y al hecho de que usualmente recibimos golpes de eficiencia en nuestras principales fuentes de energía para transformarlas en electricidad (vea la respuesta de Josh Velson a ¿Es la electricidad el grado más alto de energía?). Grandes cantidades de generación de electricidad renovable en la generación pico pueden cambiar eso para ciertos momentos del día, pero eso no va a suceder durante algún tiempo; La propuesta de valor de una planta de electrólisis que funciona como máximo un tercio del día es muy difícil de vender en el nivel actual de penetración solar y eólica.

A lo que se está llegando esta discusión es que generar hidrógeno a partir de combustibles fósiles o generarlo a partir de electricidad renovable tienen el mismo problema fundamental si vas a quemar el hidrógeno para producir electricidad … ese problema es si comienzas con una fuente de energía que tiene la intención de transformarse en energía al final, entonces ¿por qué molestarse en pasar por una transición intermedia en hidrógeno?

Es decir, para un combustible fósil es casi siempre más eficiente simplemente quemar la cosa para producir electricidad en lugar de transformarla primero en hidrógeno (y, por lo tanto, tener muchas pérdidas de eficiencia).

Para electricidad renovable … bueno, para empezar querías electricidad, y la tienes, ¿verdad? La única razón práctica para la generación de hidrógeno en este caso es solo usar dicho hidrógeno como medio de almacenamiento de energía para ser utilizado posteriormente en la generación de electricidad para el alisamiento de la producción de energía. Incluso entonces, si esta solución es práctica, incluso en los casos en que la penetración de la capacidad de electricidad renovable es muy alta, está abierta a debate, y, podría agregar, completamente teórica en este punto.

Las moléculas de hidrógeno, H2, se queman bastante calientes y son un excelente combustible. Probablemente necesitaría un motor especial ajustado para él en lugar de hacerlo funcionar en un motor de gasolina o diesel.

El problema es que las moléculas de hidrógeno libres no existen mucho en la tierra. Aunque en el espacio (principalmente en estrellas y planetas muy grandes) son muy abundantes, principalmente en los últimos 100 millones de años más o menos desde que se formó el planeta, han flotado y escapado de la gravedad de la Tierra porque son muy ligeros. Hay pocas bolsas de gas de hidrógeno conocidas, si es que hay alguna, bajo tierra que podrían haberlo atrapado.

Entonces, para obtener H2 como combustible, tendríamos que disociarlo de los hidrocarburos o las moléculas de agua. Hacerlo requeriría toda la energía y más de lo que podríamos recuperar, ya que la energía liberada por la combustión de H2 con un oxidante en H2O (agua) produce tanta energía como se necesita para disociar el agua en sus componentes base H2 y O2.

En otras palabras, se necesita energía para producir hidrógeno y la energía que liberaría como combustible es menor de lo que se necesitaría para hacerlo. Una propuesta perdedora con seguridad.

La respuesta corta es sí”. Pero luego comienza a complicarse. Trataré de mantenerlo simple. En pocas palabras, el hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica muy baja. Eso significa que un motor (alternativo o de turbina) se reducirá significativamente (se reducirá su potencia máxima).

De lo contrario, claro. Ha habido muchos programas de demostración sobre la conversión de varios motores para que funcionen con hidrógeno con el fin de generar electricidad.

Es. Está encerrado en gas natural (metano) – CH4 – un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Mezclar con oxígeno y quemar en una proporción de una molécula de CH4 a dos de O2, y el subproducto es 1 molécula de CO2 y 2 de H2O, más energía térmica, que luego se usa para hervir agua para hacer girar una turbina de vapor.

Voilà! ¡Acabas de usar hidrógeno para generar electricidad en una central eléctrica!

Lo es, pero se combina más comúnmente con carbono en forma de CH4. El CH4 es mucho más fácil de manejar que el H2, pero tiene el inconveniente de ser un gas de efecto invernadero.

Debe fabricar el hidrógeno antes de poder usarlo para cualquier propósito, ese proceso de fabricación requiere mucha energía y nunca obtendrá la energía que usó para crearlo cuando lo queme.

Hay muy poco hidrógeno libre disponible. Se gasta más energía descomponiendo compuestos para liberar H2 molecular que la que se puede obtener quemando hidrógeno.

Lo único que obtendrá un balance energético positivo del hidrógeno es la fusión nuclear controlada, que ha estado 20 años en el futuro durante los últimos 50 años y seguirá siendo 20 años en el futuro dentro de 50 años.

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