Reactividad 1. ¿Qué impulsa las reacciones químicas? 1.3. Energía de combustibles.

 ¿Qué retos comporta utilizar la energía química para abordar nuestras necesidades energéticas? 4 h

Los metales reaccionan con oxígeno produciendo óxidos. Estas reacciones son redox, en las que el metal se oxida perdiendo uno o más electrones y el oxígeno molecular se reduce a ion óxido.

Lo mismo sucede con los no metales. Un caso paradigmático es el del S, que se puede encontrar en los combustibles fósiles, que, al quemarse, forma dióxido de azufre, que puede seguir oxidándose a trióxido de azufre, que luego con agua forma ácido sulfúrico, siendo este uno de los orígenes de la lluvia ácida. Ese mismo proceso es el que se usa industrialmente para producir sulfúrico.

Los combustibles fósiles son compuestos orgánicos, en su mayoría hidrocarburos, compuestos de C e H, y a veces otros elementos como el O. La combustión completa de compuestos orgánicos con oxígeno produce dióxido de carbono y agua.

 

Si la combustión de compuestos orgánicos se hace en aire, el déficit de oxígeno hace que la combustión no sea completa y entonces se produce monóxido de carbono e incluso partículas de carbono (hollín).

Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) son la principal fuente de energía del mundo desde la era industrial. La energía almacenada en los enlaces de los combustibles se libera en la combustión, y se puede emplear para generar electricidad en las centrales eléctricas o para generar movimiento en los motores de combustión de los vehículos.

En general, cuanto más larga es la cadena del combustible, más grande es la tendencia a sufrir combustión incompleta, con los problemas que ello produce que se han comentado en el punto anterior.

La disponibilidad de combustibles fósiles no es ilimitada, y el incremento de la demanda energética mundial está fomentando la sustitución de éstos por fuentes energéticas renovables, sin embargo, no todos los países están avanzando al mismo ritmo, por lo que la transición llevará décadas.

Una de las consecuencias del uso de combustibles fósiles es la emisión a la atmósfera de grandes cantidades de dióxido de carbono, que es uno de los gases de efecto invernadero, lo que quiere decir que absorben parte de la energía térmica del planeta, reemitiéndola luego parcialmente de vuelta a las superficie, impidiendo que se disipe hacia el espacio. El resultado es un incremento de la temperatura global del planeta. Hay otros gases de efecto invernadero como el vapor de agua o el metano.

Los biocombustibles son recursos renovables, producidos a partir de compuestos orgánicos que previamente han sido sintetizados a partir del dióxido de carbono atmosférico mediante procesos biológicos, de modo que el balance neto de producción de dióxido de carbono es cero. Por ejemplo, las plantas producen glucosa por fotosíntesis, que se puede transformar en etanol, que al quemarse devuelve a la atmósfera el dióxido de carbono que se usó en crear la glucosa inicialmente.

La producción de biocombustibles no está exenta de problemas pues supone el uso extensivo de la tierra para producirlos, en lugar de para alimentos, y aumento el riesgo de desforestación. Además, tienen un coste alto de producción.

La pila de combustible es, esencialmente, una pila voltaica con un constante aporte de combustible desde un sistema externo, de modo que, a diferencia de las pilas tradicionales, pueden producir energía indefinidamente mientras que se mantenga el aporte de combustible. 

Una de las más estudiadas es la de hidrógeno:

En ella, se bombea hidrógeno a un ánodo con un catalizador de platino, donde se oxida produciendo  electrones que salen a un circuito externo y protones, que ahora deben difundirse a través de una electrolito hacia el cátodo, donde se combinan con oxígeno del aire y electrones, produciendo agua. Globalmente, el proceso no es más que la combustión del hidrógeno:

El principal hándicap de este sistema es la escasez de hidrógeno, que habría que obtener bien por electrolisis del agua, bien del reformado de hidrocarburos. La electrolisis es limpia, pues puede emplear electricidad de fuentes renovables para el proceso, pero el reformado no lo es, ya que libera dióxido de carbono.

En la actualidad, se trabaja en la sustitución del hidrógeno por metanol, que se puede producir de fuentes renovables y posee una mayor densidad de energía que el hidrógeno. Aunque produce dióxido de carbono, si el metanol proviene de fuentes renovables, su impacto es nulo.