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¿Cómo obtener hidrógeno?

¿Cómo obtener hidrógeno?

Para obtener hidrógeno en estado puro, es necesario extraerlo de los compuestos en los que se encuentra combinado, principalmente el agua, los combustibles fósiles y la materia orgánica (biomasa).

A partir del agua: Electrólisis

Mediante la electrólisis, el agua se descompone para formar hidrógeno y oxígeno. Realmente se trata de llevar a cabo el proceso inverso a la reacción de combustión de hidrógeno (3).

Como puede observarse, en esta reacción se necesita un aporte energético, que será suministrado mediante energía eléctrica. El mecanismo de electrólisis es el siguiente: en una célula electroquímica hay dos electrodos (cátodo y ánodo) unidos por un medio conductor formado por iones H+ (protones) disueltos en agua. El paso de corriente eléctrica entre cátodo y ánodo hace que el agua se disocie, formándose hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. Más adelante veremos otro tipo de células electroquímicas («pilas de combustible») que actúan justamente a la inversa, consumiendo hidrógeno y oxígeno para producir electricidad y agua.

A partir de combustibles fósiles

Como se ha dicho anteriormente, los combustibles fósiles son «portadores de hidrógeno», porque lo contienen en su molécula. Para obtenerlo como gas hidrógeno, bastaría con hacerlos reaccionar con agua utilizando un catalizador para facilitar la reacción. Este proceso químico se denomina «reformado con vapor de agua» y requiere aporte de energía porque es un proceso endotérmico, en el que se obtienen como productos principales hidrógeno y monóxido de carbono (CO).

Ese aporte de energía puede reducirse introduciendo oxígeno (o aire) al reactor al mismo tiempo que se alimenta el agua. De esta forma, el proceso se convierte en un proceso ligeramente exotérmico -desprende calor- que se denomina «reformado autotérmico». Además de hidrógeno y monóxido de carbono, también se puede formar dióxido de carbono (CO2) por combustión con el oxígeno. El resultado final es una menor producción de hidrógeno, pero resulta de interés en algunos casos por el menor consumo energético.

Tanto en un caso como en otro, es necesario eliminar el monóxido de carbono que se ha formado en la etapa de reformado, para obtener un hidrógeno libre de impurezas. Como primera etapa de purificación suele emplearse la denominada «reacción de desplazamiento del gas de agua», en la que el monóxido de carbono reacciona con agua para formar dióxido de carbono e hidrógeno. En función de la aplicación final en la que vaya a utilizarse el hidrógeno y el nivel de pureza que se necesite, será necesaria una última etapa de purificación, para la que pueden utilizarse tanto procesos químicos (oxidación selectiva de monóxido de carbono), como físicos (separación por adsorción, métodos criogénicos).

Actualmente, la mayor producción de hidrógeno a escala industrial se lleva a cabo por reformado a partir de gas natural.

A partir de biomasa

La biomasa es materia que proviene de los seres vivos, tanto vegetales (residuos forestales, agrícolas, cultivos energéticos...), como animales (purines, vísceras...) en la que abundan los compuestos hidrogenados. Cuando el tratamiento de la biomasa da lugar a la formación de gas, a este producto se le denomina biogás. Mediante procesos químicos de reformado de ese gas, como los mencionados anteriormente, se puede obtener hidrógeno.

Otros tratamientos de la biomasa dan lugar a la obtención de biocarburantes líquidos que pueden utilizarse también posteriormente como combustibles para la producción de H2 más fácilmente transportables: es el caso del bioetanol o el biodiesel.

En todos los casos, junto con el hidrógeno se obtiene también dióxido de carbono pero, a diferencia de lo que ocurre con los combustibles fósiles, este CO2 no supone un aumento de emisiones a la atmósfera, ya que forma parte del ecosistema.