La reacció química que acabà amb l’apogeu del zepelí… mourà els automòbils del futur?

A principis d’aquest mes de maig vàrem recordar el terrible accident que va fer virar el rumb de la història de la navegació aèria.

Durant el primer terç del s.XX, els dirigibles rígids (dirigibles amb estructura rígida que sosté globus de gas no pressuritzat) varen ésser un mitjà de transport usat per al transport humà. La casa alemanya Luftschiffbau Zeppelin en va ésser la més famosa constructora, per aquest motiu també els coneixem amb el nom de zepelins. I, malauradament, el que ha passat a la història és el Hindenburg, un luxós i immens zepelí (245 m de llarg i 41 m de diàmetre) que, al cap d’un any d’haver nascut a la casa alemanya i després d’una seixantena de vols exitosos, va morir entre flames a Estats Units d’Amèrica.

El Hindenburg en flames a la Base Aeronaval de Lakehurst, Nova Jersey. Imatge, http://www.airships.net/hindenburg/disaster

Eren les 7 de la tarda del 6 de maig de 1937 (enguany commemorem els 75 anys del fet) quan, després d’un exitós i rècord vol transatlàntic, de Frànkfurt a Nova Jersey en només 2 dies (quan els millors vaixells de l’època ho feien en 5 dies), amb 97 persones a bord (36 passatgers i 61 de l’equip de tripulació), en plenes maniobres d’aterratge, el zepelí Hindenburg va patir un problema que seria irremeiable. Ja a la Base Aeronaval de Lakehurst, Nova Jersey, i a només 200 m d’alçada, es va produir un escapament d’hidrogen, d’una de les immenses 16 bosses que contenia l’aeronau per a la seva sustentació. Aquest fet era molt perillós, degut a l’alta inflamabitat de l’H2 i, sobretot per les descàrregues elèctriques que saltaven de la superfície de la nau carregada d’electricitat estàtica. El Hindenburg es va encendre i en menys d’1 minut va quedar absolutament destruït amb un tràgic balanç de 36 morts. Aquesta la gravació del terrible accident.

Des del punt de vista científic, fàcilment podem esbrinar la reacció química que tingué lloc a l’accident i és interessant d’estudi ja que podria ésser la resposta al gran repte energètic.

Tal com hem comentat, el Hindenburg, a l’interior d’una estructura rígida de duralumini, contenia 16 bosses plenes d’hidrogen (un total de 200000 m3 del gas no pressuritzat) per a la seva sustentació, aprofitant la menor densitat de l’H2 respecte l’aire. L’accident va tenir lloc degut a l’alta reactivitat de l’H2, gas inflamable. L’alternativa segura és l’ús de l’heli, un gas noble, inert, per tant no reactiu davant d’una flama (avui dia usat per fer levitar globus i fins i tot els zepelins moderns) i cal destacar que el Hindenburg havia estat projectat per a contenir He, però a l’època s’havia d’exportar d’EUA i els americans no van permetre aquesta exportació cap alemanya, de manera que els enginyers de la casa Zeppelin varen haver de substituir el gas noble pel, també menys dens que l’aire (i fins i tot menys dens que el mateix He), però potencialment perillós, hidrogen.

H2: 0.08988 g/L
He: 0.1786 g/L
Aire: 1.225 g/L

Però, quina és aquesta reacció química que es produí a l’accident del Hindenburg?

La fatídica guspira, va donar prou energia perquè s’encadenés una reacció química que allibera molta energia, una reacció exotèrmica. Es tracta de la reacció inversa a l’electròlisi. Però, per entendre-la bé, cal començar per repassar el procés electrolític.

Un prcés d’electròlisi, tal com ens indica l’etimologia de la paraula, és una reacció de trencament (lisi) per electricitat (electro). A l’electròlisi de l’aigua, té lloc el trencament de 2 molècules d’aigua per a donar-ne 2 d’H2 i 1 d’O2 (pel pas de corrent elèctric per una solució), segons la reacció:

Com hem comentat, aquesta reacció d’electròlisi requereix energia, no és tracta d’una reacció espontània. Hem d’introduir dos elèctrodes a la solució i connectar-los a una font de corrent segons l’esquema:

I el procés invers a l’esmentat, és a dir l’electròlisi inversa, té lloc per reacció entre l’hidrogen i l’oxigen, per donar aigua i energia. Aquest procés de formació d’aigua és molt exotèrmic. L’alliberament d’energia en la reacció es fa palès a les terribles imatges preses aquell 6 de maig de 1937.

Ara bé, aquesta energia acumulada en l’hidrogen (per això actualment parlem de les piles d’hidrogen) alliberada de forma descontrolada (llençada) en l’accident que hem comentat, així com en els experiments que faig servir per visualitzar aquests conceptes i el potencial de l’hidrogen -pel que fa al repte energètic- a estudiants de Secundària i Universitat (veure les gravacions que segueixen), pot ésser aprofitada.

L’energia acumulada en l’hidrogen pot ésser alliberada d’una forma raonable i utilitzada per a fer funcionar un motor elèctric gràcies a la reacció d’electròlisi inversa duta a terme a una cel·la electrolítica. Gràcies a aquest procés podem fer girar l’eix d’un motor elèctric, el qual fa girar l’eix entre dues rodes d’un cotxe, tal i com veiem a la següent gravació amb el petit prototip de cotxe elèctric amb cel·la electrolítica incorporada:

Però, a diferència de tenir ja la solució al gran repte energètic (res més lluny de la realitat), aquest pot ésser un primer pas per adonar-nos que les reaccions de combustió de combustibles fòssils poden ésser substituïdes com a procés d’obtenció d’energia.

Portar un dipòsit d’hidrogen al cotxe, per fer-lo reaccionar amb l’oxigen de l’atmosfera, és evidentment perillós (a diferència de la benzina, l’hidrogen no el podíem dur en fase líquida, sinó que l’hauríem de portar com a gas) i per aquest motiu molts investigadors estem fent recerca en maneres d’emmagatzemar hidrogen, per tal de portar-lo “amagat” amb la seva alta reactivitat “apagada” fins al moment d’encendre l’interruptor.

La mateixa reacció que va fer virar el rumb de la navegació aèria, podria ésser ara la clau per virar el de la navegació terrestre.

Potser d’aquí uns anys, quan a un garatge es combinin l’hidrogen i l’oxigen per generar energia i engegar el motor elèctric del cotxe, un avi explicarà al seu nét el terrible accident que va fer virar el rumb de la navegació aèria. Un terrible accident degut a una reacció química descontrolada, la mateixa reacció que ara alimenta el motor del seu propi vehicle.

Referències i més info:

Un pas més cap a l’emmagatzematge d’hidrogen

Els que fem recerca en emmagatzematge d’hidrogen sabem que els hidrurs cristal·lins, d’elements lleugers com el B, són un bon recurs per a tal fita. Això sí, aquest hidrogen emmagatzemat no és fàcilment alliberable degut a la fortalesa dels enllaços.

Llegeixo al web de l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) que, per primera vegada, s’ha aconseguit cristal·litzar amb èxit un hidrur molt porós, el qual pot contenir molt més H2.

Les molècules d'H2 (esferes vermelles) emmagatzemades dins l'estructura cristal·lina de borhidrur de magnesi (Mg verd i BH4 blau). Imatge, ESRF.

Aquest descobriment, els resultats del qual s’han publicat a Angewandte Chemie, ha estat possible gràcies a la col·laboració entre diversos grups de recerca. Concretament, investigadors de les universitats de Louvain-la-Neuve (Bèlgica), Aarhus (Dinamarca) i Ginebra (Suïssa), així com del mateix ESRF.

Es tracta d’un pas més cap a la recerca d’una possible resposta a un dels grans reptes que té la química de cara al futur, el repte Energètic.

Més info a: http://www.esrf.eu/news/general/hydrogen-reservoir/

Emmagatzematge geològic del CO2 i compressió d’H2 sòlid. La Química de les energies renovables

Davant del preocupant panorama de la contaminació atmosfèrica per la crema de combustibles fòssils i l’esgotament dels mateixos, acabo de descobrir un interessant i divertit vídeo a Chemistry blog. El qual ens mostra una forma de capturar el CO2,en comptes d’alliberar-lo a l’atmosfera, enterrar-lo sota terra i reconvertint-lo en roca carbonatada.

Aquest vídeo ha estat creat en motiu del primer Science for Our Nation’s Energy Future: Energy Frontier Research Centers Summit & Forum, que tindrà lloc el proper 25 de maig de 2011 organitzat pel U.S. Department of Energy’s (DOE).

El “U.S. Department of Energy’s (DOE) Office of Basic Energy Sciences” està treballant en la cerca d’energies renovables i en la captura del CO2 atmosfèric provinent de la crema dels combustibles fòssils, a escala molecular.

Com dèiem, d’aquí un parell de setmanes tindrà lloc aquest fòrum organitzat pel DOE. Els organitzadors han convidat als Centres de recerca participants (Energy Frontier Research Centers (EFRC)) a produir un vídeo de menys de 3 minuts de durada amb l’objectiu de divulgar l’escència del fòrum a les persones no expertes en el tema. S’han  presentat 26 vídeos i la organització te temps fins el proper 24 de maig per escollir el guanyador, que podrem veure al canal de Youtube del DOE i al web de Science for Our Nation’s Energy Future. Podeu veure tots els 26 vídeos presentats i votar pel vostre preferit a  http://www.energyfrontier.us/videos.

Mirant els vídeos presentats, n’he trobat un altre d’interessant per la seva aproximació a la recerca en química teòrica que desenvolupo a l’Institut de Química Computacional (IQC) de la Universitat de Girona, sobre l’emmagatzematge d’hidrogen.