- ¿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