Autor: Víctor Arniella Guzmán.
Los amantes del cine de ciencia ficción hemos crecido viendo cómo la Estrella de la Muerte en Star Wars era capaz de pulverizar planetas con un solo disparo, o como los rayos láser de los alienígenas en Independence Day destruían ciudades enteras. Sin embargo, todos éramos conscientes de que tales representaciones eran ficticias e irreproducibles, ¿o no? ¿Y si les dijera que la humanidad ya ha detonado un artefacto de un poder casi inimaginable? Me refiero a Ivy Mike, y aquello no fue ciencia ficción.
En 1952, el gobierno de Estados Unidos detonó Ivy Mike, una bomba de fusión nuclear que utilizaba hidrógeno como combustible. La explosión liberó una energía 500 veces superior a la de las bombas de Hiroshima y Nagasaki. La isla de Elugelab, donde se detonó el artefacto, quedó, literalmente, vaporizada (área roja Figura 1). Esto sumergió a toda una generación en una era de miedo en la que el hidrógeno, ese gas incoloro, inodoro y aparentemente inofensivo, pasaba a ser una amenaza existencial.
Y esta no fue la primera vez en la que el uso del hidrógeno acabó atemorizando a la humanidad. A principios del S.XX, el viaje en dirigible era uno de los medios de transporte más comunes. En 1937, una descarga electrostática provocó un incendio en el Hindenburg, el dirigible más grande construido hasta entonces, lo que resultó en su destrucción por las llamas y la muerte de 36 personas [2]. El Hindenburg utilizaba hidrógeno como gas de sustentación ya que éste es más ligero que el helio, y a pesar de que no fue el causante del inicio del incendio, sí ayudó a propagar el fuego de forma explosiva. Este accidente marcó el fin de los viajes en dirigibles y dejó una sensación negativa en la percepción pública del hidrógeno.
Origen y relevancia del hidrógeno en la ciencia
El hidrógeno es el elemento más pequeño y simple de la tabla periódica. Tan simple que solo se compone de un electrón y un protón. No existe nada más básico y, sin embargo, lleno de potencial. Su simplicidad es precisamente lo que lo hace tan reactivo y por tanto capaz de liberar grandes cantidades de energía. No en vano, el hidrógeno es el combustible que mantiene vivas a las estrellas y, cuando este se consume, la estrella muere [3].
Este elemento fue inicialmente descubierto en el S. XVIII por el británico Henry Cavendish. La vida de este personaje da para un libro en sí mismo, pero eso es otra historia. Cavendish, experimentando con metales y ácidos, observó que en su reacción se liberaba un gas. Como todos los científicos de la época lo primero que hizo es acercar una llama a dicho gas y se encontró con una reacción violenta en forma de estallido. Llamó al gas “aire inflamable”.
No fue hasta unos años más tarde que el matrimonio Lavoisier (figura 2), Antoine y su injustamente olvidada mujer, Marie-Anne, dieron explicación a los resultados de Cavendish y acuñaron el término que conocemos hoy en día para referirse al gas de Cavendish: hidrógeno, del griego “hydrós” y “génos”, que significa “generador de agua” [4].
Desde su descubrimiento y nombramiento, el hidrógeno pasó a ser un elemento fundamental en los laboratorios de todo el mundo. Michael Faraday, en el S.XIX, formuló las leyes de la electrólisis utilizando agua y ácido sulfúrico, consiguiendo separar el hidrógeno y el oxígeno mediante el uso de electricidad, además sentó las bases de la pila de combustible de hidrógeno [5]. También fue Faraday quien descubrió que el hidrógeno es el gas con mayor facilidad de difusión, detalle crucial para entender cómo almacenarlo o transportarlo.
El hidrógeno podría clasificarse como un elemento rebelde: al tener sólo un electrón, está desesperado por unirse a otros elementos y formar moléculas más estables. Ya sabemos que con el oxígeno forma el agua, sustancia vital para nuestra existencia. Pero también puede unirse a otros elementos, como con el carbono para formar los hidrocarburos (gasolina, gas natural, plásticos…) o con el nitrógeno, participando en la producción de amoníaco, molécula clave en la fabricación de fertilizantes que revolucionó la agricultura moderna [6].
Y a todo esto, el hidrógeno presenta una paradoja curiosa. Es el elemento más abundante del universo y, sin embargo, en la Tierra apenas abunda. Su peso tan ligero hace que se escape fácilmente de la gravedad terrestre. Por esta razón, para trabajar con él tenemos que obtenerlo a partir de otros compuestos como el agua o los hidrocarburos. Es en este proceso de separación en el que hemos descubierto su gran potencial para generar electricidad o, lamentablemente, detonar bombas.
El hidrógeno en la transición energética y papel de la Universidad de Burgos
El mismo hidrógeno que ayudó a hacer estallar la bomba más potente jamás fabricada, es hoy uno de nuestros mayores aliados en la lucha contra el cambio climático. El hidrógeno posee una propiedad que lo convierte en la alternativa mas atractiva a los combustibles convencionales y es que en su uso energético el único residuo que genera es vapor de agua.
La implementación del uso del hidrógeno a gran escala, sin ninguna duda, ayudaría a descarbonizar la economía actual, pero no todo es tan sencillo, y trabajar con hidrógeno también presenta retos científicos y tecnológicos. Uno de los más importantes es la llamada fragilización por hidrógeno [7]. Ya hemos dicho que no existe un elemento más pequeño que el hidrógeno, y esto hace que pueda meterse literalmente en cualquier sitio, incluso en la estructura cristalina de los metales. Una vez dentro, el hidrógeno puede debilitar los enlaces atómicos y provocar fracturas internas bajo cargas menores que las de diseño. Este fenómeno pone en riesgo tuberías, tanques, válvulas e infraestructuras en general que vayan a transportar o almacenar este gas. Por eso, en centros como en la Universidad de Burgos, en concreto en el Grupo de investigación en Integridad Estructural (GIE, Hidrógeno UBU en Linkedin), se estudia tanto el desarrollo de nuevos materiales, recubrimientos, y/o aleaciones resistentes al daño por hidrógeno, así como los mecanismos por los que el hidrógeno penetra en los materiales y provocan el daño con el objetivo de predecir y prevenir dichos fallos.
Hemos visto cómo un uso inadecuado del hidrógeno puede llevar a consecuencias catastróficas, convirtiéndolo en el villano perfecto de la historia. Pero también hemos comprobado que, con ciencia en lugar de miedo, podemos aprender a utilizarlo en nuestro favor. El hidrógeno, que ha iluminado el firmamento encendiendo las estrellas, puede hoy ayudarnos a iluminar nuestro futuro. Más limpio. Mas sostenible. Y eso, quizá, sea su forma más poderosa de cambiar el mundo.
Referencias
[1] El Día que Desapareció una Isla: La Historia de la Primera Bomba de Hidrógeno. El Reto histórico: https://www.elretohistorico.com/la-primera-bomba-de-hidrogeno/
[2] El dirigible LZ 129 Hindenburg: https://es.wikipedia.org/wiki/LZ_129_Hindenburg
[3] ¿De qué están hechas las estrellas? La composición química de las estrellas. Zschimmer & Schwarz: https://www.zschimmer-schwarz.es/actualidad/de-que-estan-hechas-las-estrellas-descubre-la-composicion-quimica-de-las-estrellas/
[4] John S. Rigden, Hydrogen: The essential element – (ISBN: 9780674012523)
[5] La pila de hidrógeno, ¿el motor de coche del futuro?, Electrólisis e Hidrógeno Verde: https://youtu.be/VwS7Sz833OY?si=QgxkqP9C9hxSpadA
[6] Centro Nacional del Hidrógeno: https://www.cnh2.es/
[7] European Hydrogen Backbone (https://ehb.eu/)
Artículo participante del VIII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.
