Historia y usos del hidrógeno

El hidrógeno es el más simple y común de los elementos químicos, que son los bloques de construcción de toda la materia. Los demás átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Pero el hidrógeno sólo tiene un electrón y un protón. También es el elemento más abundante. De hecho, el hidrógeno constituye unas tres cuartas partes de toda la materia del universo.

¿Sabías que? Eso equivale a más de 50 veces el volumen del Rogers Centre de Toronto.

El hidrógeno es un no metal incoloro e inodoro. En su forma más común, es extremadamente combustible. En otras palabras, tiene tendencia a estallar en llamas. Esta tendencia hace del hidrógeno un recurso muy peligroso y muy útil.

¿Cuándo se descubrió el hidrógeno?

El hidrógeno fue descubierto por primera vez en 1671 por el científico británico Robert Boyle. Había estado experimentando con diferentes metales sumergiéndolos en ácido. Cuando se coloca un metal puro en el ácido, se produce un tipo de reacción llamada reacción de desplazamiento simple. Por ejemplo, al añadir un trozo de potasio (K) a una solución de ácido clorhídrico (HCl) se produce la siguiente reacción:

2K + 2HCl → 2KCl + H2

El metal de potasio sólido reacciona con el ácido para formar una sal llamada cloruro de potasio. Mientras tanto, los átomos de hidrógeno sobrantes se combinan para formar gas hidrógeno.

En un artículo de 1776, un científico británico llamado Henry Cavendish confirmó que el hidrógeno es un elemento distinto. Tanto Boyle como Cavendish observaron que el gas hidrógeno es muy inflamable. En concreto, sufre rápida y violentamente una reacción de combustión con el oxígeno.

2H2 + O2 → 2H2O (+ Calor)

La reacción toma moléculas de hidrógeno y oxígeno y las combina para formar H2O (agua). Esta reacción es exotérmica. Esto significa que genera energía calorífica, es decir, fuego. Otros científicos descubrirían más tarde que el hidrógeno proporciona el combustible para las reacciones de fusión nuclear que se producen en el interior de las estrellas. Esas reacciones de fusión generan toda la luz y el calor que producen el Sol y otras estrellas.

¿Sabías que?

El hidrógeno se funde a 14° por encima del cero absoluto (14° Kelvin o -259 C

¿Para qué se ha utilizado el hidrógeno en el pasado?

Además de su inflamabilidad, Boyle y Cavendish también observaron que el hidrógeno es menos denso (más ligero) que el aire. El hidrógeno es excelente para elevar cosas como los globos. En este sentido, es similar al segundo elemento más simple, el helio. De hecho, el hidrógeno es incluso mejor para levantar cosas que el helio. Así que era sólo cuestión de tiempo que la gente empezara a diseñar globos llenos de hidrógeno para su transporte. A principios del siglo XX, los grandes dirigibles que utilizaban hidrógeno como gas de elevación se convirtieron en una forma popular de transporte aéreo.

Sin embargo, la moda de los dirigibles llenos de hidrógeno no duró mucho. En 1937, se produjo una tragedia en Estados Unidos. El dirigible alemán Hindenburg se incendió y explotó en Lakehurst, Nueva Jersey, matando a 36 personas.

Los diseñadores de naves aéreas sabían que el hidrógeno es inflamable y que el helio era una opción más segura. Sin embargo, el helio era raro y caro. Así que optaron por la opción más barata pero menos segura. Tras la catástrofe del Hindenburg, el hidrógeno se abandonó rápidamente como gas de elevación. Al mismo tiempo, los aviones eran cada vez más comunes.

¿Para qué se ha utilizado el hidrógeno más recientemente?

Probablemente hayas visto vídeos del lanzamiento de un transbordador espacial desde el Centro Espacial Kennedy o del acoplamiento en la Estación Espacial Internacional. Ese programa se canceló en 2011. Pero hasta entonces, el transbordador era la principal forma de que los astronautas de la NASA llegaran al espacio. ¿Te has preguntado alguna vez qué es lo que impulsaba esos motores imposiblemente enormes? Era hidrógeno.

El motor principal del transbordador espacial se alimentaba de hidrógeno líquido y oxígeno líquido. ¿Cuánta energía proporciona la quema de hidrógeno? Tanta que es difícil de imaginar. Tres motores del Transbordador Espacial trabajando juntos ponen aproximadamente la misma cantidad de energía que 120 locomotoras de ferrocarril.
Los ingenieros de la NASA también comprendieron lo peligroso que podía ser el hidrógeno. Sin embargo, decidieron que podían aprovechar toda esa potencia bruta siempre que fueran muy cuidadosos.

Últimamente, la gente está cada vez más interesada en reducir su impacto en el medio ambiente. Una forma de hacerlo es dejar de quemar combustible para alimentar los coches. Hay mucho interés en el desarrollo de coches con pilas de combustible de hidrógeno. Lo bueno de usar hidrógeno para alimentar los coches es que, a diferencia de la gasolina, el producto de desecho no es un gas de efecto invernadero: ¡es agua!

¿Sabías que? Honda, Hyundai y Toyota están produciendo cada uno un coche impulsado por hidrógeno.

A diferencia del Hindenburg, los coches impulsados por hidrógeno no necesitan ser superligeros como los globos, así que el combustible se comprime y se almacena en tanques muy resistentes para evitar fugas. La mejor solución sería almacenar el combustible como un sólido en lugar de como un gas. El material puede seguir ardiendo en caso de accidente. Sin embargo, es poco probable que explote. El riesgo de incendio en caso de accidente es prácticamente el mismo que el de un coche de gasolina.

Pero uno de los principales problemas del uso del hidrógeno como fuente de combustible para los coches es el almacenamiento. El hidrógeno tiene más energía que la gasolina por peso, pero tiene menos energía por volumen. Eso significa que se necesita un depósito bastante grande de hidrógeno para conducir el coche una distancia razonable antes de repostar. Los depósitos de la mayoría de los coches son demasiado pequeños para almacenar suficiente gas de hidrógeno para recorrer la ciudad.

Los científicos han estado estudiando la posibilidad de convertir el hidrógeno de gas a sólido. El motivo es la baja densidad energética. Cuando el hidrógeno se absorbe en un producto químico sólido, puede ganar una mayor densidad de energía. Los investigadores del mundo académico, de la industria y del gobierno están estudiando esta forma innovadora de llevar el hidrógeno a la vanguardia de la economía energética.