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La sigilosa combustión del hidrógeno

Las llamas de hidrógeno pueden propagarse en condiciones mucho más adversas que las de otros combustibles. El hallazgo saca a la luz nuevos riesgos en el uso de este gas como recurso energético.

LLAMAS SUTILES: La combustión del hidrógeno (en la imagen, una llama generada en un laboratorio) no produce dióxido de carbono, pero la alta inflamabilidad de este gas entraña algunos peligros. Ahora, un nuevo trabajo ha descubierto que sus llamas pueden formar estructuras fractales que permiten su propagación en canales de anchura milimétrica y con concentraciones muy bajas de combustible. [GETTY IMAGES/JXFZSY/ISTOCK]

Ya en el siglo XVIII, Lavoisier anticipó la elevada capacidad energética de la oxidación del hidrógeno y observó que dicha reacción generaba solo agua. Dos siglos después, tales características han convertido a este gas en un potencial aliado en la lucha contra el cambio climático. La expansión de las energías solar y eólica permite imaginar un futuro en el que los excedentes de estas fuentes renovables se empleen para producir hidrógeno. Ello haría posible almacenar energía en un combustible libre de emisiones de carbono que, como tal, constituiría una excelente alternativa a los combustibles fósiles.

No obstante, la implantación del hidrógeno como vector energético se enfrenta aún a varios retos; entre ellos, las dificultades técnicas asociadas a su transporte, distribución y almacenamiento. Estas se derivan de su elevada difusividad e inflamabilidad, las cuales lo hacen propenso a filtraciones y conllevan el riesgo de explosiones, como la ocurrida en junio de 2019 en la hidrogenera de Sandvika, cerca de Oslo. Así pues, la capacidad de controlar y minimizar los riesgos será determinante a la hora de aprovechar el hidrógeno como combustible.

En un trabajo reciente publicado en Physical Review Letters junto con Mike Kuznetsov y Joachim Grune, del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, y Eduardo Fernández-Tarrazo, de la Universidad Carlos III de Madrid,hemos descubierto otra posible fuente de riesgo: la inusual capacidad de las llamas de hidrógeno para propagarse en espacios muy estrechos y con concentraciones bajas de combustible. Este fenómeno, que no se observa en los hidrocarburos, se debe a que las llamas de hidrógeno pueden dar lugar a estructuras fractales o a pequeñas bolsas de gas que permiten que la reacción se mantenga incluso en condiciones muy adversas. Tales circunstancias pueden darse en pequeñas fugas de combustible y en dispositivos que usen hidrógeno como fuente de energía.

Llamas confinadas

La combustión es una reacción química que tiene lugar entre dos agentes, el combustible y el oxidante. En el proceso se liberan grandes cantidades de calor en regiones muy delgadas que identificamos como llamas. Ese calor, que en un primer momento se acumula en la zona de la reacción y provoca un aumento de la temperatura, termina por transmitirse al gas cercano por conducción o por radiación. Al mismo tiempo, los reactantes se desplazan desde las regiones de mayor concentración hacia la zona de reacción, donde se consumen y liberan energía. Como resultado, el proceso genera dióxido de carbono y agua o, en el caso del hidrógeno, únicamente agua.

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