- ¿Cuál es el
problema? - ¿Hay
solución? - ¿Hay otro
camino? - ¿Qué papel juega
el campo eléctrico en el caso de la generación de
hidrógeno por la descomposición del
agua? - Proyecto
Es muy posible que la actual crisis de
petróleo se supere, precios
mediante, tal como pasó en las anteriores.
Pero no hay duda que nos acercamos a lo que se llama el
cenit de la energía de los hidrocarburos.
Si la teoría
del crecimiento indefinido no es suplantada por otra más
racional, tarde o temprano sufriremos las
consecuencias.
Todas las variantes conocidas para reemplazar al
petróleo y al gas:
atómica, fusión
fría, eólica, fotovoltaica, etc, etc, son de uso
limitado y no resolverán el problema global.
Si todo el mundo pudiese utilizar la conversión
solar fotovoltaica para proveerse de energía, al disminuir
drásticamente los costos, nos
encontraríamos con el callejón sin salida que para
fabricar esos sistemas
tendríamos que utilizar todas las reservas disponibles de
petróleo y gas y las que pudiésemos descubrir en
los próximos 20 años.
Si decidiésemos fabricar e instalar equipos de
generación eólica en todo el planeta, para
reemplazar totalmente a los hidrocarburos, seguramente
alteraríamos definitivamente el ecosistema
mundial, generando ruidos y ondas sonoras de
todo tipo y quizás alteraríamos el sistema de
vientos, con las consecuencias previsibles. La fabricación
de los equipos de generación y conversión
repetiría la situación explicada para la
generación fotovoltaica.
Existe sin embargo una solución.
Como se sabe, la energía radiante del Sol que
llega a la superficie de la tierra por
año es miles de veces superior a la generada por la
humanidad en toda su historia.
La acumulación de esa energía ha sido
motivo de búsqueda de generaciones de
científicos.
En los últimos 30 años se buscó la
solución por medio de espejos concentradores de luz solar, planos
o parabólicos, guiados por sistemas que compensaban el
movimiento de
la tierra, que
dirigían la radiación
hacia un punto central, en el cual se podía efectuar
trabajos especiales, como el gran horno francés de los
Pirineos, dedicado a la investigación de materiales
especiales, por la posibilidad de desarrollar temperaturas
superiores a los 2000º, sin contaminación.
Se planeó instalar grupos de
concentradores que dirigían la radiación a puntos
colectores, para calentar líquidos especiales, que
enviados a intercambiadores de calor,
acumularan el mismo, para disponerlo como fuente de
energía.
Se idearon sistemas de conversión de la
energía radiante del sol en energía química, por medio
sales especiales.
Todos estos sistemas y otros fueron abandonados, en gran
medida por sus altos costos y poca flexibilidad.
Solo quedó en uso, actualmente en muchos
países que cuentan con alta radiación solar, los
sistemas más simples, de acumulación de la
energía en agua. Estos
colectores están muy difundidos como forma de
provisión de agua caliente en domicilios y edificios de
uso comunitario.
Su costo es elevado,
pero su uso está facilitado por sistemas de subsidio a las
instalaciones de los mismos. En otros lugares se compensa su
costo por el ahorro de
energía, al suplantar sobre todo al gas licuado, de alto
precio.
En nuestro país, la existencia de gas natural
barato y la falta de un proceso
cultural que promueva su uso, hace de estos colectores una
rareza, a pesar de ser muy simples y fáciles de auto
construir.
Hacia los años setenta, se pronosticaba una era
dominada por los sistemas fotovoltaicos. Si el precio por
generación disminuía de 8 dólares/Watt de
generación a 2 U$S.
Han pasado más de 30 años y todavía
los sistemas fotovoltaicos se utilizan solo en casos donde no
existen alternativas o donde son subsidiados.
Como ha sucedido con frecuencia, la aplicación de
una tecnología en gran escala plantea
problemas que
no fueron previstos. Tal sucedió con el uso de metanol de
origen biológico, producido a partir de la remolacha
azucarera, en Brasil, donde no
pudo extenderse su escala de aplicación por los
gravísimos problemas de contaminación de aguas que
produce.
En el caso fotovoltaico, el proceso de
fabricación del material semiconductor empleado, en
especial el silicio, requiere de provisión de
energía que supera a la generada por toda la vida
útil del dispositivo.
Si se lograsen rendimientos superiores al 50 %,
estaríamos obteniendo una ganancia de energía. Solo
en laboratorios de investigación se ha logrado un 15 %.
Pero los procesos no
han podido extenderse a la industria de
los paneles fotovoltaicos.
Existen tímidas realizaciones (financiadas con
fuertes sumas) en Japón,
Australia y otros centros de investigación, donde se
investiga convertir la energía del sol en Hidrógeno, en un solo paso. Con
rendimientos energéticos muy pobres y dificultades de todo
tipo para desarrollar un equipo que pueda funcionar a campo. Solo
viven en el laboratorio y
en los proyectos.
Se ha elegido como punto de partida para desarrollar
equipos que conviertan la radiación solar en
Hidrógeno y Oxígeno, a los procesos conocidos en la
física de
semiconductores.
Es posible que esa vía de investigación
arribe a soluciones
aplicables en un futuro mediato. Para encontrarse con el mismo
problema planteado para la solución
fotovoltaica.
En la crisis petrolera de los 70, tomó impulso en
todo el mundo la idea de aprovechar la energía
solar. Que languideció con rapidez una vez superada la
crisis. En esa época la cuestión de la
contaminación era un tema muy lejano y la perspectiva
del Hidrógeno como alternativa un objetivo no
instalado.
Transcurridos más de 30 años,
contaminación e Hidrógeno resultan ser dos miembros
decisivos en la ecuación a resolver.
Existe un camino alternativo que no ha sido explorado
todavía por un extraño mecanismo mental que parece
estar afectando a científicos y
políticos.
La naturaleza ha
solucionado el problema hace millones de años.
Utilizando recursos
auto-generados, convierte la energía solar en
hidrógeno, dividiendo el agua, como
forma de acumulación. Es la fotosíntesis.
Junto con el carbono, que
resulta ser el esqueleto, el hidrógeno la carne, ha
construido la vida en el planeta.
Conocemos variadas formas de generar hidrógeno,
pero todas requieren energía producida con
antelación. Y el rendimiento energético, por la
ley de
entropía, es menor a la unidad.
Solo la fotosíntesis tiene la llave para entrar a
la cueva de Alí Baba.
¿Podemos imitarla?
Por ahora parece que no. Es demasiado complejo en su
sistema y parcialmente desconocido.
Es posible. Intentaré dar los elementos
básicos.
El proceso de fotosíntesis está vinculado
estrechamente a la existencia de un conocido pero no
suficientemente estudiado campo
eléctrico natural, existente entre la capa de nubes y
la tierra.
Que de paso es la verdadera explicación de
porqué las plantas crecen
verticalmente. Como sucede con la cabellera de una persona ubicada
debajo de un generador de electricidad
estática.
Este campo eléctrico tiene unos 200 volts por
metro lineal.
Es electricidad estática.
La conocemos desde mucho antes que la electricidad
dinámica.
Cuando se descubre esta, la estática queda
limitada a campos especializados. A pesar que al parecer rige
toda nuestra existencia, vegetal y animal.
No es la única razón. Su desplazamiento
está íntimamente ligado al desarrollo de
la física cuántica. Esta trabaja con
partículas, básicamente y la energía
electroestática es campo puro.
La tradicional batalla entre partidarios de las ondas y
las partículas no es un combate de caballeros, como
podría suponerse. Es a muerte.
La victoria de uno supone el ostracismo del
otro.
Pero históricamente los desplazados
retornan.
¿Qué papel juega el campo
eléctrico en el caso de la generación de
hidrógeno por la descomposición del
agua?
Crea las condiciones en la molécula expuesta a la
radiación solar, para su división, por el
estiramiento de la misma hasta una situación denominada de
cuasi-resonancia.
Este estiramiento se origina en que los dos componentes
del agua responden a distintas polaridades del campo
eléctrico.
Esto hace posible llevar a la molécula al
límite de su estabilidad, que ante la presencia de choques
energéticos de los fotones solares, se divide en sus dos
componentes.
Facilita el proceso la presencia de un catalizador, que
también existe en el proceso de la
fotosíntesis.
Este procedimiento
tiene una doble ventaja: separa los componentes originales de la
molécula y a su vez impide su mezcla, por lo que los
gases
producidos son de alta pureza.
Los elementos utilizados en su fabricación son
simples y baratos. Se estima que un metro cuadrado de este
colector-convertidor puede generar más de un 15 % de la
energía recibida y costaría el equivalente de la
energía suplantada en el término de 1 a 2
años, dependiendo de la cantidad de radiación solar
disponible en el lugar y el costo de la energía
reemplazada.
He intentado sin éxito
llamar la atención de autoridades y empresas de mi
país y de otros, sobre esta tecnología, que
requiere lógicamente más desarrollo e
investigación.
Por lo tanto he decidido poner a disposición de
todos los interesados el esquema básico y la teoría
de funcionamiento completa.
Generación de Hidrógeno como forma de
acumulación de Energía Solar.
Palabras claves:
Hidrógeno, Hidrogen, Energía Solar, Solar
Energy, Conversión directa, Direct Conversión,
Hidrógeno Solar, Solar Hidrogen
Resumen:
Se propone la conversión de la Radiación
Solar en un portador de energía acumulable, transportable
y de uso universal mediante la división de la
molécula de agua en sus dos componentes, Hidrógeno
y Oxígeno, por un método
original, basado en la exposición
simultánea de la misma a un campo eléctrico de alta
tensión y la radiación fotónica del Sol, en
presencia de un catalizador.
PROJECT:
Generation of Hydrogen like form of Solar Energy
accumulation
Summary:
It intends the conversion of the Solar Radiation in a
cumulative, transportable energy carrier of universal use by
means of the division of the molecule of water in their two
components, Hydrogen and Oxygen, by an original method, based on
the simultaneous exhibition from the same one to an electric
field of high tension and the fotonic radiation of the Sun, in
presence of a catalyst.
Teoría del método:
El fotón solar no posee la suficiente
energía para descomponer la molécula de agua. Una
combinación de tensión superficial,
atracción intramolecular e intermolecular y la ausencia de
un campo eléctrico superior a los 1.4 Volts impide el
proceso de división.
El dispositivo diseñado consta de una membrana
cerámica higroscópica que absorbe el
agua a descomponer, desde un depósito; una malla
metálica en la ventana expuesta al Sol y otra en la parte
opuesta, que están conectadas a generadores de alta
tensión, de polaridad opuesta; dos ventanas (vidrio) de
cierre; conductos de caño plástico,
que evacuan los gases.
Todo el conjunto forma un sistema que al recibir la
radiación solar, logra la división
molecular.
El agua absorbida por la membrana higroscópica,
aflora en la superficie expuesta al sol, donde queda sometida a
la acción
del campo eléctrico producto de la
tensión suministrada a la rejilla delantera.
Al mismo tiempo, el
campo eléctrico, de polaridad opuesta, resultante de la
aplicación de la tensión a la rejilla trasera,
ejerce una atracción opuesta.
De esta manera, la molécula de agua, es llevada
al límite de su resistencia,
donde expuesta a la radiación de fotones incidentes, se
divide en sus dos componentes: Oxígeno e
Hidrógeno.
El Oxígeno resultante se estaciona en la parte
delantera y es conducido a su recipiente de acumulación
por un conducto plástico. El Hidrógeno,
atraído por el campo eléctrico, atraviesa la
membrana cerámica y se acumula en la parte trasera y es
conducido a su recipiente acumulador.
La separación de los gases es lograda y
garantizada por la presencia de los campos eléctricos de
polaridad opuesta.
La cara de la membrana expuesta al sol porta el elemento
catalizador.
En el equipo experimental, los dos campos
eléctricos resultan de la utilización de
generadores de alta tensión eléctricos, externos al
dispositivo, que deben ser reemplazados por dispositivos
ferro-eléctricos de diseño
especial, para simplificar el funcionamiento, abaratar costos y
asegurar la duración en el tiempo, del
generador.
Problemas a resolver:
Diseño de una membrana que transporte el
agua desde su depósito, por absorción, de alta
duración.
En principio debe constar de dos partes: una
película higroscópica y un material de soporte,
aislante eléctrico, permeable al
hidrógeno.
La película higroscópica lleva incorporado
el catalizador.
Diseño de una placa transparente a la luz solar,
de material ferro-eléctrico, que haga las veces de
generador de alta tensión.
Diseño de una placa ídem a la anterior, no
transparente.
El costo estimado de investigación, diseño
y fabricación del primer prototipo es de U$S
20.000.
Theory of the method:
The solar photon doesn't possess the enough energy to
decompose the molecule of water. A combination of superficial
tension, attraction intramolecular and intermolecular and the
absence of a superior electric field to the 1.4 Volts, impede the
division process.
The designed device consists of a higroscopic ceramic
membrane that absorbs the water to break down, from a deposit; a
metallic mesh in the exposed window in the sun and another in the
opposed part that it are connected to high tension generators, of
opposed polarity; two windows (
glaze) of closing; conduits of plastic pipe that evacuate the
gases.
The whole group forms a system that when receiving the
solar radiation, it achieves the molecular division.
The water absorbed by the higroscopic membrane, appears
in the exposed surface in the sun, where it is subjected to the
action of the field electric product of the tension given to the
front grill.
At the same time, the electric field, of opposed
polarity, resultant of the application of the tension to the rear
grill, exercises an opposed attraction.
This way, the molecule of water, it is taken to the
limit of their resistance, where exposed to the radiation of
incident photons, it is divided in their two components: Oxygen
and Hydrogen.
The resulting Oxygen is parked in the front part and it
is driven to its recipient of accumulation for a plastic conduit.
The Hydrogen, attracted by the electric field, crosses the
ceramic membrane and he/she accumulates in the rear part and it
is driven to its accumulative recipient.
The separation of the gases is achieved and guaranteed
by the presence of the electric fields of opposed
polarity.
The face of the exposed membrane in the sun it carries
the catalytic element.
In the experimental team, the two electric fields are of
the use of electric high tension generators, external to the
device that it should be replaced by ferroelectrics devices of
special design, to simplify the operation, to reduce costs and to
assure the duration in the time, of the generator.
Problems to solve:
It design of a membrane that transports the water from
their deposit, for absorption.
In principle it should consist of two parts: a
higroscopic film and a support material, insulating electric,
permeable to the hydrogen.
The higroscopic film takes incorporate the
catalyst.
It design from a transparent board to the solar light,
of ferroelectric material that makes the times of high tension
generator.
It design idem from a board to the previous one, don't
transparent.
The investigation estimated cost, design and production
of the first prototype is of U$S 20.000.
El Hidrógeno generado por este dispositivo u otro
similar abrirá las puertas a la energía del futuro,
desplazando a los hidrocarburos.
Uno de los puntos clave de esta propuesta es su bajo
costo de fabricación e instalación, su alto
rendimiento proyectado y la posibilidad de llevar energía
de libre generación a cualquier parte del mundo, donde se
disponga de energía solar.
Podrá proveer de energía a consumidores
domésticos, pequeñas y medianas industrias,
escalando la superficie colectora.
Se estima una amortización de este tipo de colector en 2
años, por reemplazo de otros tipos de energía, para
cualquier dimensión de la instalación.
Responsable del proyecto:
Juan Carlos Bianchi
Licenciado en Astronomía
Técnico en Energía Solar