El problema de los “gases invernadero” El hidrógeno como combustible

1. El hidrógeno como vector energético • El problema de los “gases invernadero” • El hidrógeno como combustible • Vehículos menos contaminantes • Células de combustible y motor de hidrógeno • ¿Es el hidrógeno la solución? Primera parte

2. Ecosistema social RECURSOS • Energía • Materias primas • Agua, aire • Territorio ECONOMÍA RESIDUOS • Calor • Basuras • Contaminantes

3. Esquema

4. 66 % Radiación solar

5. Imagen: Profes.net Radiación solar

6. 4000 cm-1 1000 cm-1 500 cm-1 333 cm-1 250 cm-1 Espectro de radiación terrestre

7. Espectros IR de “gases invernadero” CH4 CO2 H2O

8. Espectros IR de “gases invernadero” CH4 CO2 H2O

9. Espectros IR de “gases invernadero” CH4 CO2 H2O

10. Espectros IR de “gases invernadero” CH4 CO2 H2O • Ventana de IR • Zona del espectro en la que no coincide ninguna banda importante de los gases atmosféricos. • Permite la emisión de radiación terrestre al espacio. • La utilizan los satélites para ver imágenes sin nubosidad (canal 10,8 micras).

11. Contribución de los principales gases de efecto Invernadero Fuente: madri+d 2006 Adaptado de informe IPCC 2001

12. Lo que no es efecto invernadero

13. Lo que no es efecto invernadero

14. Lo que no es efecto invernadero

15. Creciente preocupación por el cambio climático

16. Creciente preocupación por el cambio climático Cuidado con los mensajes: Al fundirse un iceberg no aumenta el nivel del agua, por el principio de Arquímedes. [Ver experimento] Cartel del Día Mundial del Medio Ambiente

17. ¿Qué hacer? ¿Por dónde empezar? 1. No hacer nada 2. Controlar la inmisión 3. Controlar la emisión “dejar que la naturaleza haga su trabajo” “desarrollar y aplicar métodos que limpien el medio” “desarrollar energías limpias y sistemas respetuosos con el medio”

18. Imagen: Profes.net 1. No hacer nada y…¡que el Sol nos ampare! • Mini glaciaciones del s. XV al XVII: • Entre 1420 y 1570, un fuerte descenso térmico asoló las colonias vikingas de Greenland, convirtiendo las fértiles tierras en parajes árticos. • Segunda mitad del XVII: La armada francesa usó los ríos helados como pasos para invadir Holanda. Los neoyorquinos paseaban desde Manhattan a Staten Island cruzando el puerto helado. El hielo rodeó Islandia y la población se redujo a la mitad. • Estas mini glaciaciones coincidieron con un período de calma prolongada en la actividad solar. • Ahora algunos astrónomos predicen que el sol está a punto de entrar en otro período de pausa. ¡Maxima actualidad! “Global warming: Will the Sun come to our rescue?”Stuart Clark. New Scientist, n.º 2569, 15 de septiembre de 2006.

19. “Recoge-cacas” 2. Controlar la inmisión Criterio: “dejar las cosas, al menos, tan limpias como las hemos encontrado”

20. “Vehículo limpio” • 1 L de octano produce aprox. 3 kg de CO2 • Un depósito de combustible (unos 60 L) produce aprox. 180 kg de CO2 • El volumen de 180 kg de CO2 puro, a 1 atm y 25 ºC, es de unos 100 m3 • ¡60 litros de gasolina producen 100.000 litros de CO2! • . ....

21. Sumideros de CO2 • El fitoplancton • Se estima que la mitad de toda la fotosíntesis que se hace en la Tierra es debida a los microorganismos del plancton marino. • Los océanos absorben más CO2 en el hemisferio sur que en el hemisferio norte, probablemente por la mayor presencia de hierro. El hierro es un factor limitante: en el centro de la molécula de clorofila se encuentra un átomo Fe. • Formación de carbonatos • Precipitación química de carbonatos en sedimentos marinos. • Fijación de CO2 por organismos marinos para construir sus caparazones y esqueletos. • Aproximadamente, 1/6 de las rocas presentes en la corteza terrestre son de naturaleza carbonatada. Es la única manera de secuestrar el carbono de una manera más o menos duradera. • Y además... • Revestimiento vegetal de la Tierra • Yacimientos de hidrocarburos y carbón. • Hielos polares.

22. Ideas para reducir la inmisión(secuestro del CO2) • Plantar árboles

23. Ideas para reducir la inmisión(secuestro del CO2) • Convertir el CO2 en combustibles útiles • Problema: el CO2 es un gas muy estable. Una vez producidos, sus enlaces químicos son extremadamente difíciles de romper. • ¿Es posible convertirlo en carbono? Sí, pero… • [experimento de reacción entre CO2 y magnesio] • ¿Es posible convertirlo en hidrocarburos? Sí, pero… • Se producen cadenas de ocho o nueve carbonos, con una eficacia de menos del uno por ciento a temperatura ambiente. • Primero se utilizó luz solar con un catalizador de titanio para dividir el agua, separando protones, electrones y gas oxígeno. • Esos electrones libres se utilizan para reducir el CO2 y unir los átomos de carbono empleando catalizadores de platino y paladio en el interior de nanotubos de carbono. • Investigación presentada el 13 de septiembre en la reunión de la Sociedad Química Americana, en San Francisco. Financiada por la Comisión Europea, y coordinada por la Universidad de Mesina en Italia.

24. Ideas para reducir la inmisión(secuestro del CO2) • Construir lechos fluidificados en las centrales para atrapar el CO2. • Inyectar el CO2 en los yacimientos de gas y petróleo que pierden presión. • Inyectar el CO2 en aguas marinas muy profundas. • Almacenamiento subterráneo. • Defendido por el gobierno australiano y por el NRDC estadounidense (Centro Climático para el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales), como propuesta para el uso más limpio del carbón. • La mejor opción hasta ahora es inyectar el CO2 en los yacimientos de silicato de magnesio (se está investigando en Finlandia) • Mg2SiO4(s) +2 CO2(g)  SiO2(s) + 2MgCO3(s)+ 95kJ/mol • Fotosíntesis en lechos fluidizados, bajo concentraciones altas de CO2.

25. Ideas para enfriar el planeta TierraGeoingeniería (Edición de agosto de la revista Climatic Change) • Poner sombrillas en órbita para enfriar el planeta. • Poner en órbita pequeñas lentes que desviarían la luz solar de la Tierra. Roger P. Angel, universidad de Arizona, calcula que serían billones de lentes de unos 60 centímetros de ancho cada una, muy delgadas y con un peso poco mayor que el de una mariposa. • Provocar modificaciones en las nubes para que reflejen más luz solar al espacio. • “Fertilizar” el mar con hierro para que el plancton fije más gases invernadero. • Inyectar partículas que disgregan la luz solar en la estratosfera para enfriar el planeta. • Paul J. Crutzen, del Instituto Max Planck de Química (Alemania), que recibió el galardón en 1995 por demostrar cómo perjudican los gases industriales a la capa de ozono de la Tierra, propone utilizar óxidos de azufre. • Edward Teller, padre de la bomba de hidrógeno, proponía en 1997 combatir un tipo de contaminación (exceso de gases de efecto invernadero) con otra (dióxido de azufre).

26. 3. Controlar la emisión

27. ¿Qué podemos hacer? • Reducir el consumo. • No es posible mantener un incremento continuado de los consumos energéticos y, por ello, la solución solo puede venir mediante reducciones significativas de la demanda. • Prepararnos para un futuro basado en energías renovables, diversificadas en torno a múltiples fuentes de energía de bajo potencial, pero viables. • Reclamar transparencia a las Administraciones en el coste real de las soluciones energéticas de dudoso rendimiento, para que no se enmascare en forma de subvención pública. • Investigar en nuevos sistemas que demanden menos energía: motores híbridos, lámparas, led, etc. • Investigar en el desarrollo de combustibles “limpios”: el hidrógeno.

28. El hidrógeno como vector energético. Ventajas • Principal atractivo: ofrece la posibilidad de un ciclo energético limpio. • Alta eficiencia en su uso en pilas de combustible. Estas pilas no son máquinas térmicas, por lo que su rendimiento no se limita por el ciclo de Carnot y se puede alcanzar teóricamente el 100%. • Menor dependencia. Distribución más homogénea en la Tierra. • Reducción del peligro medioambiental inherente de los combustibles fósiles.

29. El hidrógeno como vector energético. Desventajas • El hidrógeno no es un recurso natural. Es un portador de energía, como la electricidad. • Es un combustible peligroso. Hay que desarrollar e implantar la normativa necesaria para el uso seguro del hidrógeno en todo tipo de aplicaciones. Hindenburg (1937) • 245 m de largo • Capacidad: 200.000 m3 de gas • Diseñado para He (los americanos no suministraron He por temor al posible uso militar del dirigible).

30. El hidrógeno como vector energético. Desventajas • Dificultad de producir grandes cantidades de hidrógeno de forma eficiente y a precios razonables usando energías no fósiles. • Alto coste de almacenamiento y suministro. • Corta vida útil de las pilas de combustible. • Sensibilidad hacia los venenos catalíticos (SOx, CO...) que provocan la inactivación irreversible de las pilas de combustible. • Impacto ambiental negativo de los “vertidos de hidrógeno”: • Se estima que entre el 10% y el 20% del total de hidrógeno generado, almacenado y usado en las células de combustible, escaparía a la atmósfera. Se movería hacia la estratosfera, donde provocaría: • Aumento de la presencia de agua sólida en la estratosfera, que interfiere en la química del ozono favoreciendo los procesos que destruyen el ozono. • A la vez, al combinarse el hidrógeno con el oxígeno atómico, disminución de los procesos que forman ozono.

31. Obtención del hidrógeno • Tratamiento de metano con vapor de agua a elevada temperatura. [El 95% del hidrógeno que se produce se hace a partir de combustibles fósiles] • CH4 + H2O (vapor)  CO + 3H2 • CO + H2O (vapor)  CO2 + H2 • Electrólisis del agua. [Proceso mucho más caro que el reformado con vapor, pero produce hidrógeno de gran pureza] • H2O + energía  H2 + O2 • Gasificación de la biomasa. [Combustión incompleta entre 700 y 1200 ºC]. • Produce un gas combustible compuesto fundamentalmente por hidrógeno, metano y monóxido de carbono. • A partir de metanol. [Producción de hidrógeno in situ, a bordo del vehículo] • Oxidación parcial con oxígeno o aire: CH3OH + 1/2 O2 CO2 + 2 H2 • Reformado con vapor de agua: CH3OH + H2O  CO2 + 3 H2 • Descomposición: CH3OH  CO + 2 H2 • [El CO es un veneno de la membrana de intercambio de protones de las pilas de combustible]