7 abr. 2012

Hidrógeno: un récord en seguridad

Durante los últimos 50 años las refinerías de petróleo, las industrias químicas y petroquímicas así como las industrias de combustibles sintéticos han empleado el hidrógeno gaseoso en grandes cantidades como materia prima. Ejemplos significativos de este uso son la producción de amoniaco para fertilizantes o la desulfuración de los productos derivados del petróleo.
De igual modo la industria del gas ha hecho uso del hidrógeno en forma líquida y en forma gaseosa para múltiples aplicaciones con un envidiable historial de seguridad. También la industria eléctrica ha empleado el gas de hidrógeno con objeto de enfriar el rotor y el estator de grandes turbinas.
Esta tendencia a aprovechar las ventajas del hidrógeno en los procesos industriales se ha ido extendiendo a lo largo de los años sin que se hayan presentado problemas de mayor importancia.

Uso, consumo y transporte
El hidrógeno líquido es el combustible empleado para la propulsión de los cohetes espaciales. Su uso en las lanzaderas espaciales es doble ya que no sólo alimenta (junto con el oxígeno) los reactores principales de las lanzaderas espaciales sino que también es el encargado de generar, mediante pilas de combustible, la electricidad y el agua necesarios para los sistemas y ocupantes del vehículo espacial.
Las agencias espaciales Norteamericana, Europea y Japonesa llevan manejando hidrógeno en cantidades importantes durante los últimos 40 años con total seguridad gracias a los procedimientos que han desarrollado y a la excelente preparación de su personal técnico.
En 1996 el consumo global a nivel mundial de hidrógeno fue de casi 400.000 millones de m3, correspondiendo a los Estados Unidos 79.000 millones (≈ 20%) lo que supone más del total de gas natural consumido en el sector comercial en ese mismo año. Sin embargo casi todo el hidrógeno es utilizado por las refinerías o plantas químicas donde se produce ya que es en ellas mismas donde se consume íntegramente.
No obstante, a lo largo de los años, se ha ido desarrollando una red de distribución de hidrógeno suficiente segura y fiable en base a los camiones cisterna de hidrógeno líquido y las redes de tuberías específicas para hidrógeno. Ya hay más de 800 km de tuberías de hidrógeno en todo el mundo, incluyendo 225 km en el Valle del Ruhr en Alemania que vienen operado de modo seguro desde 1938, y 210 km de tuberías en LaPorte, Texas, propiedad de Air Products and Chemicals, Inc.
En el mercado del transporte están surgiendo proyectos innovadores relacionados con automóviles, camiones, autobuses y aviones que emplean el hidrógeno para su propulsión lo que supone sin duda alguna un paso hacia delante en la difusión del hidrógeno dentro de nuestra sociedad.

Combustible residencial e industrial
Pero el hidrógeno también tiene un largo bagaje como combustible residencial e industrial. El gas de carbón, una mezcla de hidrógeno (50%), metano (26%) y otros gases (incluyendo un 7% de monóxido de carbono) ya se empleo de forma intensa en Gran Bretaña para la iluminación. En 1815 el gas de carbón (“coal gas”) se distribuía en Londres a través de una red de tuberías de acero fundido. En EE.UU. antes de la segunda Guerra Mundial, el gas ciudad, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono al 50% producido por gasificación del carbón, fue usado por millones de norteamericanos para cocinar, iluminar sus casas o calentar el agua y sus hogares. También en la ciudad de Madrid se han utilizado este tipo de gases cuya obtención ha evolucionado desde su producción a partir de carbón hasta el gas natural actual.
El hidrógeno se utiliza también en el sector de la alimentación para la hidrogenación de los aceites y grasas vegetales y animales. Además tiene aplicación en el campo metalúrgico por su habilidad para reducir los óxidos metálicos y prevenir la oxidación en tratamientos térmicos de ciertos materiales y aleaciones. Además tiene uso en el corte y la soldadura de metales. Por otro lado, y como ya se ha comentado anteriormente, el hidrógeno es extensamente empleado en la síntesis del amoniaco y en las operaciones de refino del petróleo. A su vez el hidrógeno líquido se emplea como combustible primario de los cohetes espaciales junto con oxígeno o fluoruros y como combustible en los cohetes de propulsión nuclear y los vehículos espaciales.

Informe de
Directec Technologies Inc.
 (1997) 
En el año 1997 Directec Technologies Inc. redactó un informe para la Compañía Ford y el Departamento de Energía de los EE.UU. en el que se recogían y analizaban todos los datos disponibles acerca de accidentes relacionados con el hidrógeno. Las conclusiones principales pueden resumirse en los siguientes puntos:
  • Históricamente se han empleado para calefacción doméstica gases manufacturados que en su composición incluían hidrógeno. Este es el caso del gas ciudad que con una composición de hidrógeno/monóxido de carbono del 50% ya se empleaba a principios del siglo XIX.
  • No hay evidencias significativas que demuestren diferencias en cuanto a frecuencia y severidad de las explosiones debidas al gas natural y el gas ciudad respecto a las motivadas por el hidrógeno.
  • Mezclas de hidrógeno y otros gases se emplean de forma rutinaria en muchos procesos industriales. 
  • El hidrógeno se manipula con seguridad en grandes plantas químicas e instalaciones petrolíferas.
  • En EE.UU. cada año se transportan de forma segura más de 260.000 m3 de hidrógeno líquido a lo largo de su compleja red de carreteras.
  • No hay pruebas de que existan riegos de seguridad adicionales que pudieran desaconsejar el uso del hidrógeno como combustible de vehículos a motor.
  • No hay evidencias de que un vehículo de hidrógeno y su correspondiente instalación de reabastecimiento supongan un riesgo mayor que el que ya representan los combustibles para los vehículos actuales.

Diseño de sistemas de seguridad, entrenamiento de personal y medios de protección
El record de seguridad de la industria del hidrógeno comercial es excelente debido, fundamentalmente, al diseño de los sistemas, el entrenamiento del personal técnico y los medios de protección empleados, algo que, por otra parte, también es común en las industrias del gas natural líquido o del gas propano líquido. Como en cualquier otra gran industria ha habido accidentes pero la gestión de la seguridad en la industria del hidrógeno puede calificarse de satisfactoria.
La excepcionales características físicas y químicas del hidrógeno le hacen muy valioso para muchas industrias y sus usos varían enormemente desde aplicaciones en la industria alimentaria hasta semiconductores, abriéndose cada día más el ya de por si amplio abanico de posibilidades existentes. La producción y uso del hidrógeno poseen un largo historial de seguridad y muchas de las directrices, modos de operación y reglamentación aplicada en la industria convencional pueden ser muy útiles a la hora de valorar las nuevas situaciones que se presentan con los nuevos usos del hidrógeno. Estos nuevos usos como los vehículos propulsados por motores de combustión interna o pilas de combustible, o las pilas de combustible que generan electricidad y calefacción en sectores industriales, comerciales o residenciales repercuten positivamente sobre la visión que el público en general y la propia industria tienen sobre el hidrógeno. Además el producto de combustión del hidrógeno es agua que es la base de las ventajas medio ambientales del hidrógeno.
La seguridad debe ser considerada en todos los aspectos del ciclo energético del hidrógeno: producción, transporte, almacenamiento y distribución, y utilización. En el sector del transporte las etapas anteriores probablemente evolucionarán a partir de la producción a gran escala y de las instalaciones de distribución ya existentes. Por ejemplo las pilas de combustible de los autobuses que están siendo probados por la autoridades de tráfico de Chicago han sido suministradas por Air Products and Chemicals una empresa que produce hidrógeno a partir de reformado de gas natural. Este hidrógeno es licuado y transportado en camiones cisterna hasta un depósito aéreo de 35 m3 donde es almacenado. Posteriormente el hidrógeno líquido se convierte en gas antes de ser bombeado hacia los tanques de combustible de los autobuses. También Madrid, junto con otras grandes ciudades europeas, es partícipe del programa CUTE para la automoción con hidrógeno de autobuses públicos.
La clave para el uso del hidrógeno en el transporte es la comercialización de las pilas de combustible con membrana de intercambio de protones (“Proton Exchage Membrane Fuel Cell” - PEM). Estos sistemas están bajo un intenso desarrollo en, Canadá, Europa, Japón y EE.UU. Los motores de combustión que emplean hidrógeno sólo producen pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno y agua mientras que las pilas de combustible sólo emiten agua. El almacenamiento de hidrógeno a bordo del vehículo como gas o líquido es una opción en consideración por parte de los investigadores de pilas de combustible y los fabricantes de vehículos. Otras posibilidades incluyen el reformado “a bordo” de metanol, etanol o gasolina, así como ciertos líquidos procedentes del gas natural como el dimetil éter y el dimetoxi metano.

Distribución futura mediante tuberías de gas
En el futuro el hidrógeno producido a gran escala podría ser distribuido mediante tuberías de gas en zonas donde haya una gran demanda de hidrógeno tal y como se hace actualmente en el Sureste de EE.UU. donde hay una gran demanda de hidrógeno como materia prima para la industria química. La producción in situ también puede ser en el caso de equipos de reformado a pequeña escala, actualmente en desarrollo, o electrolizadores a pequeña escala. El hidrógeno también puede ser producido a partir de fuentes renovables de energía como la biomasa y, a largo plazo, a partir de la luz del sol y el agua mediante dispositivos fotoeléctricos. En cada caso la seguridad variará en función del proceso productivo, el tamaño, la localización y otras consideraciones específicas de la instalación de producción.
El uso de la energía suele clasificarse en cinco sectores: industrial, comercial, residencial, generación de electricidad y transporte. Aproximadamente el 25% del uso de la energía en Norte América corresponde al sector del transporte. Este sector produce una gran parte de las emisiones causantes de la contaminación en las áreas urbanas y de los efectos adversos sobre el clima a nivel global. La energía empleada en este sector es casi totalmente dependiente del petróleo. Las emisiones y la dependencia del petróleo hacen del sector del transporte el más problemático cuando se proyectan futuros escenarios para sistemas de energía que son renovables, sostenibles, respetuosos con el medio ambiente y económicos.

Seguridad
  • Nuevas tecnologías
  • Nuevos sistemas
  • Nuevos conceptos
  • Tamaño del sistema
  • Limitaciones económicas
  • Factores humanos
  • Opinión pública

Los nuevos usos del hidrógeno presentan nuevas condiciones de funcionamiento y nuevas tecnologías. Esta diversificación de las aplicaciones del hidrógeno también conlleva sistemas de hidrógeno a gran escala, nuevos “ciclos de vida” y costes. Presumiblemente el contexto de seguridad evolucionará dando lugar a un amplio espectro de nuevas, avanzadas y fiables tecnologías de seguridad.
Otras variables a destacar son los factores humanos relacionados con la seguridad industrial y la gestión de sistemas de seguridad así como la imagen que sobre el hidrógeno tenga la opinión pública. El uso del hidrógeno como energía a gran escala y como combustible cara al público plantea nuevas preguntas sobre riesgos y medidas de seguridad específicas.
Por otra parte la ausencia de efectos nocivos para la salud o el medio ambiente frente a otras industrias que manipulan combustibles tradicionales supone un atractivo de indudable importancia.

Metodología de Seguridad
  • Identificar riesgos
  • Normativas y códigos
  • Colaboración entre las partes implicadas
 
En los proyectos relacionados con el hidrógeno hay una necesidad de implementar medidas de seguridad que permitan identificar los peligros que presenta el hidrógeno de manera que puedan evaluarse y compararse con aquellos que presentan otros combustibles.
A través de la aplicación de normativas, códigos y reglamentaciones la sociedad se asegura que la gestión de riesgos se ha llevado a cabo correctamente. En el caso de que el hidrógeno se transporte entre distintos territorios las disposiciones legales establecidas en ambos deben estar armonizadas con el fin de facilitar las tareas de coordinación entre autoridades.
Hasta la fecha los esfuerzos de colaboración entre proyectistas, constructores, operarios de instalaciones y las autoridades competentes han permitido desarrollar sistemas seguros con un bajo índice de accidentes.




Hidrógeno:
un récord en seguridad
El hidrógeno se aprovecha en la industria cada vez más sin que se hayan presentado problemas importantes.
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  Prevención y extinción de incendios de hidrógeno Una respuesta frente a los incendios de hidrógeno, considerando diversos tipos de riesgos y de instalaciones.
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  Confinamiento del hidrógeno Materiales admitidos, sistemas de hidrógeno líquido, medidas preventivas y minimización de riesgos 
  Almacenamiento y transporte de hidrógeno Desarrolla el tema tanto en forma gaseosa como líquida, con un desarrollo especial de la tecnología de los hidruros metálicos 
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