El hidrógeno está entre las principales fuentes de energía que previsiblemente se han de desarrollar en el futuro. Cada vez está más claro que este elemento químico tan abundante en nuestro planeta y en todo el universo es un buen candidato para almacenar y transportar energía.
El hidrógeno es el compuesto químico mas elemental y ligero de la tabla de los elementos periódicos que, como sabemos, incluye a todos los que existen en el universo y naturalmente son conocidos. En las estrellas se encuentra libre en forma de gas y en la tierra combinado con el agua y con otros compuestos. Sirva de referencia para considerarlo un poderoso combustible que en una estrella, gracias a las reacción nuclear de fusión de los átomos de hidrógeno que se convierten en helio se libera la energía de esta en forma de calor y radiaciones de otros tipos. Las propiedades del hidrógeno como combustible, en este caso no nuclear, se conocen desde hace mucho tiempo.
Hablemos en primer lugar, para centrar el tema, de los métodos de producción de hidrógeno. Mediante la síntesis química se obtiene el hidrógeno por el reformado de hidrocarburos (reacción de un hidrocarburo con el agua) o por la oxidación del monóxido de carbono con el agua en donde se obtiene dióxido de carbono más hidrógeno. Mediante la gasificación de la biomasa se puede obtener el hidrógeno a través de reacciones anaerobias de la basura o productos biológicos en descomposición. Lo procesos termoquímicos consisten en la utilización de la energía calorífica para producir electricidad y posteriormente provocar la electrolisis del vapor de agua.
Nos ocuparemos en este artículo del cuarto procedimiento llamado fotobiológico que consiste en obtener hidrógeno mediante el control de la función fotosintética de determinados vegetales como son las algas.
¿Cuáles son las bases para producir hidrógeno mediante procedimientos biológicos en los seres vivos y más exactamente en las algas? La historia empieza allá en 1939, cuando el científico Hans Gaffron en la universidad de Chicago descubrió que un tipo de algas puede cambiar su mecanismo de producción de oxigeno en la fotosíntesis por hidrógeno. Posteriormente se descubrió el mecanismo y a la responsable de esta inversión, se trata de una enzima denominada hidrogenasa, descubierta por el profesor Anastasios Melis en 1997, que convenientemente estimulada mediante la privación de azufre en las células vegetales.
Demostrado que es posible que un cultivo de algas pueda producir gas hidrógeno lo que resta ahora es idear sistemas capaces de obtener de manera rentable este hidrógeno. Entendemos por rentable lógicamente el gasto energético que conlleva la obtención de este gas. Hasta ahora la obtención e biocombustibles convencionales, por ejemplo el biodiesel, ha demostrado ser poco rentable y sobre todo bastante agresiva con el medio ambiente. Sin embargo la obtención de hidrógeno mediante grandes extensiones de cultivo de algas “granjas de hidrógeno” se vislumbra que puede serlo.
¿Cuál es el secreto de la rentabilidad del cultivo de algas para la obtención del hidrógeno? Lógicamente el rendimiento en la producción es decir la cantidad de hidrógeno conseguido por cada gramo de algas. Aquí entra de lleno la contribución de la ingeniería genética. Resulta que es posible modificar mediante procedimientos de manipulación genética las algas. En nuestro caso el alga elegida es de tipo unicelular y se denomina Chlamydomonas reinhardtii. La cosa es que de esta manera se consigue hasta cinco veces mayor rendimiento en la producción de hidrógeno y una eficiencia energética próxima al 2% lo cual es muy interesante y ronda ya la rentabilidad económica. Lo último que se sabe es que en la Universidad de California en Berkeley recientemente se ha descubierto el poder del cobre para actuar como catalítico en la producción del hidrógeno en estas algas.
Las dimensiones de este tipo de cultivos de producción de hidrógeno ciertamente son grandes pero, sin embargo, altamente eficiente y económicamente rentable. Se dice que la extensión de una de estas instalaciones, siendo del orden del estado de Texas, sería suficiente para producir el que permitiese cubrir las necesidades energéticas del mundo entero.
Tal y como acabamos de definir este sistema de producción de hidrógeno a través de algas, estamos en ante una nueva forma de convertir la energía solar en energía química y esta después en energía eléctrica. Está claro que el sol es la fuente de energía más importante de la naturaleza.
Cabe hacerse, sin embargo, una nueva pegunta, ¿como “enlatar” el hidrógeno para producir electricidad? Son diversas las formas de recuperar la energía química que el hidrógeno almacena una vez aislado en forma molecular. Para el consumo es necesario hacer uso de las llamadas “células o pilas de hidrógeno”. Se trata de provocar de nuevo la reacción del hidrógeno con otros elementos para que en esta reacción se ponga a disposición de una máquina o sistema la energía en forma de electricidad directamente utilizable. Las tecnologías de los materiales están facilitando la incorporación de elementos cada vez de más alto rendimiento cuyas características eléctricas y químicas permiten una mayor eficacia. Ya se puede hablar del coche con motor eléctrico a base de baterías con células de hidrógeno.
La utilización de células energéticas de más envergadura “motores de combustión interna de hidrógeno” está siendo investigada con éxito y ya se dispone de prototipos operativos. En este caso se trata de obtener directamente la energía del hidrógeno mediante su combustión.
