A partir del año 1965, según los datos estadísticos de BP, el

Aprovechamiento del Vapor de Agua como Fuente de Energía Alterna.
Roy O. Dyer N., Evilus Rada V.
Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela
[email protected] , [email protected], mayo, 2009
Resumen. La acumulación de grandes masas de vapor de agua y dióxido de carbono,
generados a partir de la combustión de hidrocarburos, incide en el aumento de la
temperatura global de la superficie terrestre mediante el fenómeno conocido como efecto
invernadero. Por otro lado, el vapor de agua generado viaja por la atmósfera siguiendo los
patrones de circulación del aire hasta llegar a una altura de aproximadamente 11 Km desde
la superficie terrestre, donde las condiciones de presión y temperatura que imperan en la
región fomentan su condensación. Reportes estadísticos demuestran que en los últimos 42
años se han generado aproximadamente 138.359 millones de toneladas de vapor de agua a
raíz de la combustión de hidrocarburos. La condensación de este vapor, una vez que alcanza
la altura límite, genera abundantes precipitaciones y al mismo tiempo desprende hacia la
atmósfera un calor latente equivalente a 74,7 x 1015 Kcal, el cual a su vez incide en el
calentamiento global. De acuerdo a la problemática ambiental que implica la generación de
vapor de agua por medio de la combustión de hidrocarburos, se sugiere fomentar el
desarrollo de tecnologías para la generación de energía a partir del vapor de agua que
disminuyan el impacto ambiental producido por la quema de combustibles fósiles.
Introducción
Desde el año 1965 hasta el año 2007, según el
reporte estadístico de BP del año 2007 [1], el consumo
mundial de petróleo ha aumentado linealmente de
1530,8 a 3952,8 millones de toneladas, habiéndose
consumido a nivel mundial un total de 128.110 millones
de toneladas de petróleo en sólo 42 años.
En promedio, los combustibles fósiles
contienen un 12% en peso de hidrógeno atómico.
Mediante la combustión, el hidrógeno reacciona con el
oxigeno proveniente del aire atmosférico formando
vapor de agua. En base a los reportes estadísticos de BP
del año 2007 [1], a raíz de la combustión de 128.110
millones de toneladas de petróleo durante los últimos
42 años, se han generado 138.359 millones de toneladas
de vapor de agua. Cabe destacar que este vapor de agua
es generado a partir del hidrógeno atómico contenido en
los combustibles fósiles, lo cual sugiere que se está
inyectando una cantidad importante de agua generada a
la atmósfera.
Además del vapor de agua generado en la
combustión, la obtención de energía a partir de la
combustión completa de hidrocarburos genera
corrientes de dióxido de carbono, que al igual que el
vapor de agua, es emitido a la atmósfera. La
acumulación de estos gases en la atmósfera contribuye
a la formación de un manto térmico que absorbe la
radiación infrarroja emitida por el suelo que a su vez ha
sido calentado por la luz solar. De esta forma, la
radiación absorbida por las moléculas que conforman la
capa térmica es enviada de nuevo a la superficie
terrestre, produciéndose de esta forma el fenómeno
conocido como Efecto Invernadero, el cual incide en el
aumento de la temperatura global del planeta.
La gran cantidad de vapor de agua generado
mediante combustión de hidrocarburos, además de
contribuir con el efecto invernadero, tiene otras
implicaciones en el ciclo hidrológico que de igual
forma contribuyen con el calentamiento global.
Influencias de la Generación de Vapor de Agua en el
Ciclo Hidrológico
El ciclo hidrológico se considera un sistema
cerrado, donde no hay generación ni destrucción de
H2O, solo transformación de fases. De esta forma, la
cantidad de agua que se traslada bajo todas sus formas a
través del ciclo hidrológico aumenta gradualmente
conforme se va generando agua adicional a partir del
hidrógeno atómico presente en los combustibles fósiles,
pudiéndose hablar entonces de un desequilibrio en el
ciclo hidrológico y de las implicaciones ambientales
que esto conlleva.
El 99% del vapor de agua presente en la
atmósfera se encuentra contenido en la troposfera, que
es la porción de atmósfera que existe desde la superficie
terrestre hasta unos 11 km de altura. Consideremos la
troposfera como un sistema hidrológicamente cerrado,
donde el único intercambio de calor con el espacio
exterior es por radiación. Dentro del sistema ocurren
intercambios de calor por conducción y convección. La
temperatura disminuye con respecto a la altura a una
tasa promedio de 6,4ºC/km y el comportamiento de la
presión a medida que aumenta la altura responde a la
ecuación exponencial:
Pz
= exp{− α ⋅ ( z − z 0 )} . A
P0
una altura promedio a nivel global de 11 km, los
perfiles de presión y temperatura fomentan la
condensación del vapor de agua presente en la
atmósfera, razón por la cual consideramos que el
sistema es hidrológicamente cerrado.
El vapor de agua generado en este sistema a
raíz de la combustión de fuentes fósiles, se distribuye
en el aire y se desplaza siguiendo ciertos patrones de
circulación. Cuando estas corrientes se elevan cerca de
los 11km, el vapor condensa desprendiendo el calor
latente necesario para cambiar de fase. De acuerdo al
reporte estadístico de BP [1], las 138.359 millones de
toneladas de vapor de agua generadas mediante la
combustión del petróleo en los últimos 42 años,
desprenden un calor latente durante la condensación
que equivale a aproximadamente 74,7 x 1015 Kcal. Este
calor desprendido de la condensación del agua
permanece en la atmósfera, rebotando hacia la
superficie terrestre debido al efecto invernadero, el cual
a su vez se incremente a causa de la generación de
vapor de agua. Por otro lado, la condensación de
grandes masas de vapor de agua conlleva
precipitaciones abundantes y duraderas, cuyo efecto se
puede evidenciar con el incremento entre un 5% y 10%
en las precipitaciones continentales durante el siglo XX
que reporta el IPCC (Intergovernmental Panel on
Climate Change).[2]
Una corriente de oxígeno proveniente del aire es
inyectada al cátodo, mientras que una corriente de
hidrógeno proveniente de un tanque es inyectado al
ánodo. En el ánodo, un primer catalizador divide el
hidrógeno en protones y electrones. Los protones
migran hacia el cátodo a través de la membrana que
separa los dos electrodos, mientras que los electrones se
ven obligados a pasar hacia el cátodo por un circuito
externo, generando así energía aprovechable. En el
cátodo, los protones y electrones provenientes del
ánodo reaccionan con el oxígeno del aire en presencia
de un segundo catalizador para generar agua y calor. La
disposición de varias celdas en un arreglo, puede
generar la cantidad de energía requerida [3] [4].
Si como proceso para la obtención del
hidrógeno que es inyectado a la celda se emplea la
Hidrólisis, la utilización de vapor de agua como fuente
de alimentación al proceso contrarresta en cierta medida
la generación de vapor de agua que resulta del motor de
hidrógeno. Esta tecnología resulta aún más ideal, si se
considera la energía solar como fuente de energía para
obtener la electricidad requerida para hidrolizar el agua.
Conclusión
En vista de la generación de grandes masas de
vapor de agua debido a la combustión de fuentes fósiles
y las implicaciones ambientales que esto supone, y del
aprovechamiento de este vapor para crear un sistema
sustentable de generación de energía, se sugiere la
creación de un grupo de investigación que incluya,
como proyecto relevante, el desarrollo de tecnologías
para el aprovechamiento del agua como fuente de
energía alternativa.
Referencias
El Motor de Hidrógeno como Fuente de Energía
Alternativa
En vista de las graves implicaciones
ambientales producidas por la combustión de fuentes
fósiles, el desarrollo de tecnologías para la implantación
de fuentes de energías alternativas que tengan menor
impacto ambiental se hace cada vez más necesario. Una
de las tecnologías que producen menor impacto
ambiental es la obtención de energía mediante el motor
hidrógeno.
El motor de hidrógeno cuenta con un arreglo
de celdas de combustible. Cada celda está formada por
dos electrodos separados por una membrana plástica.
[1] BP Statistical Review of World Energy, June 2008.
http://www.bp.com/statisticalreview
[2] Third Assessment Report: Climate Change 2001,
Intergovernmental Panel On Climate Change.
www.ipcc.ch.
[3] Leo J. Blomen, Michael N. Mugerwa, Fuel Cell
Systems. Plenum Press, New York, 1999.
[4] Manfred W. Breiter, Electrochemical Processes in
Fuel Cells. Springer-Verlag New York, 1989.