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El gas H2 y su sensor

Introducción al hidrógeno

El hidrógeno gaseoso es un elemento químico compuesto por dos átomos de hidrógeno con la fórmula H₂. En su forma pura, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. No es tóxico, pero es extremadamente inflamable y requiere un manejo cuidadoso para garantizar la seguridad. El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, ya que representa el 90 % del peso total del universo. Sin embargo, rara vez se encuentra en su forma pura en la Tierra, ya que se combina fácilmente con otros elementos. El hidrógeno se utiliza comúnmente en diversos procesos industriales, como el refinado de petróleo, la producción de productos químicos y como fuente potencial de combustible limpio. 

El hidrógeno gaseoso es extremadamente ligero, con una densidad de 0,08988 gramos por litro a presión estándar. Esta propiedad lo hace muy valioso en aplicaciones tales como pilas de combustible y como gas de elevación en globos y aeronaves. A pesar de su ligereza y abundancia, es crucial manipular el hidrógeno con cuidado debido a su inflamabilidad. 

La producción industrial de hidrógeno es significativa, con numerosas plantas a gran escala en todo el mundo. El hidrógeno se produce a menudo mediante métodos como el reformado con vapor de metano y la electrólisis, procesos que implican la división de moléculas de agua para extraer hidrógeno gaseoso. 

Características del gas

  • Incoloro 
  • Inodoro 
  • Sin sabor 
  • Extremadamente inflamable 
  • El más ligero de todos los elementos. 
  • El hidrógeno presente en el aire es inflamable en concentraciones entre el 4 % y el 75 % en volumen (a modo de comparación, el metano solo es inflamable en el aire en una proporción entre el 4,4 % y el 17 % en volumen). 
  • El gas hidrógeno está compuesto por moléculas de H2: cada molécula está formada por dos átomos de hidrógeno unidos entre sí. 
  • Henry Cavendish lo descubrió a mediados del siglo XVIII y lo describió como «aire inflamable».  
  • El elemento más abundante del universo, que equivale aproximadamente al 75 % de toda la materia normal.  
  • Los átomos de hidrógeno tienen solo un protón y un electrón.  
  • El hidrógeno es un gas diatómico con la fórmula H2.  
  • El término hidrógeno proviene del griego y significa «formador de agua».  
  • CAS 1333-74-0 
icono ghs inflamable: ejemplos incluyen óxidos de nitrógeno, soluciones concentradas de amoníaco, amoníaco anhidro
Icono GHS tóxico: algunos ejemplos son el ácido nítrico, que puede disolver metales alcalinos y causar daños en las vías respiratorias de los trabajadores, junto con el cloruro de amonio.
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GHS corrosivo WHMIS: algunos ejemplos son los ácidos sulfúrico y nítrico, incluido el hidróxido de amonio, que es un gas corrosivo.
Reduzca los riesgos de sus operaciones con hidrógeno

MÁS INFORMACIÓN

Espectro de colores del hidrógeno 

Existen diversas formas de hidrógeno, cada una de ellas con un nombre propio según su método de producción. Aunque el hidrógeno verde es el «santo grial» de la energía limpia, otros tipos también reducen las emisiones y desempeñan un papel importante en la consecución de la neutralidad en carbono. A continuación se ofrece una breve descripción de cada tipo y su proceso de producción.

El hidrógeno verde se produce sin emisiones nocivas de gases de efecto invernadero y se fabrica utilizando electricidad procedente de fuentes de energía renovables excedentarias, como la energía solar y eólica. Este excedente de electricidad divide el agua en hidrógeno y oxígeno, sin emitir dióxido de carbono en la electrólisis. Al utilizar el excedente de energía renovable durante los periodos de baja demanda, la producción de hidrógeno verde equilibra la red y almacena el exceso de energía, lo que mejora la flexibilidad y la fiabilidad del sistema energético. En la actualidad, el hidrógeno verde representa un pequeño porcentaje de la producción total de hidrógeno.

El hidrógeno azul, también conocido como hidrógeno descarbonizado, se produce principalmente a partir del gas natural mediante un proceso denominado reformado con vapor (ya sea mediante reformado con vapor del metano (SMR) o reformado autotérmico (ATR)). Cuando se mezclan el gas natural y el vapor muy caliente, el hidrógeno y el dióxido de carbono se separan. A continuación, el dióxido de carbono se captura y se almacena de forma segura, pero el hidrógeno se transporta como gas combustible.  

El hidrógeno gris se produce mediante el mismo proceso que el hidrógeno azul: el reformado con vapor. En lugar de capturar el dióxido de carbono, este se libera a la atmósfera y, actualmente, es la forma más habitual de producir hidrógeno. 

 

El hidrógeno rosa se produce utilizando electricidad generada por energía nuclear. También conocido como hidrógeno púrpura o rojo, no libera CO2, pero genera residuos nucleares. Las altas temperaturas de los reactores nucleares también pueden producir vapor para una electrólisis más eficiente o para el reformado con vapor de metano a partir de gas natural.

El hidrógeno turquesa, también conocido como hidrógeno de precombustión, se produce mediante la pirólisis del metano, lo que genera hidrógeno y carbono sólido. Su bajo potencial de emisión depende del uso de energías renovables para el proceso térmico y del almacenamiento permanente o la utilización del carbono.

El hidrógeno amarillo se produce mediante electrólisis utilizando energía solar, lo que lo convierte en una fuente de energía limpia sin emisiones de gases de efecto invernadero.

El hidrógeno blanco o «dorado» eshidrógeno natural que se encuentra en depósitos subterráneos y se extrae mediante procesos como el fracking. Australia Meridional, en particular, ya ha descubierto múltiples reservas de hidrógeno blanco o dorado de alta pureza. Se cree que un yacimiento descubierto el año pasado en la cuenca de Lorena, en Francia, contiene 250 millones de toneladas de hidrógeno, suficientes para satisfacer la demanda mundial actual durante más de dos años (BBC News/IEA.org).

El hidrógeno negro y marrón se produce a partir de combustibles fósiles, especialmente carbón negro o marrón, y genera emisiones que se liberan a la atmósfera. Se trata de la forma de producción de hidrógeno más perjudicial para el medio ambiente.

Detección industrial de H2, peligros y fuentes

  • Aunque el hidrógeno funciona bien como combustible, presenta un riesgo de explosión mucho mayor que muchos otros combustibles líquidos y gaseosos. Esto se debe a dos razones. En primer lugar, el hidrógeno es mucho más difícil de contener que otros gases. El gas hidrógeno está compuesto por moléculas de H2: cada molécula está formada por dos átomos de hidrógeno unidos entre sí. Esto convierte al H2 en la molécula más pequeña del universo. Por lo tanto, el gas hidrógeno tiende a escaparse de su contenedor.  
  • Además, el hidrógeno es extremadamente inflamable. El hidrógeno en el aire es inflamable en concentraciones entre el 4 % y el 75 % por volumen (a modo de comparación, el metano solo es inflamable en el aire en una proporción entre el 4,4 % y el 17 % por volumen). La cantidad de energía necesaria para encender una mezcla de hidrógeno y aire también es mucho menor que la de otros combustibles. La cantidad mínima de energía necesaria para encender una mezcla de hidrógeno y aire es de solo 0,017 mJ. Por el contrario, la energía mínima de ignición de los gases combustibles de hidrocarburos es mucho mayor, alrededor de 0,3 mJ para las mezclas de metano/aire o propano/aire. El resultado es que las fugas de hidrógeno son frecuentes, e incluso las fugas muy pequeñas pueden encenderse con relativa facilidad. 

 

Se estima que las tasas de fuga de gas hidrógeno podrían alcanzar hasta un 5,6 % para 2050, cuando el hidrógeno se utilice más ampliamente.

(Reuters)

Escenarios de alto riesgo

  • Las plantas químicas que utilizan hidrógeno para la producción de amoníaco y metanol presentan un alto riesgo de fuga de hidrógeno debido a su alta inflamabilidad. 
  • Las refinerías de petróleo también corren un gran riesgo de fugas de hidrógeno, ya que este elemento es esencial en los procesos de refinado, especialmente en el hidrocraqueo y la desulfuración. Los detectores de gas pueden medir los niveles de hidrógeno en los sistemas de hidrógeno a alta presión de las refinerías. 
  • Estaciones de servicio de hidrógeno: A medida que aumenta la demanda de combustibles más limpios, veremos más estaciones de servicio de hidrógeno, lo que también conlleva el riesgo de que haya estaciones mal gestionadas. Estas estaciones necesitan sistemas de seguridad conectados y detectores de gas para detectar y mitigar fugas, así como protocolos de emergencia adecuados para hacer frente a posibles incendios o explosiones. 
  • Instalaciones de almacenamiento: El almacenamiento a gran escala de hidrógeno, ya sea en forma de gas comprimido o líquido criogénico, presenta riesgos debido a su inflamabilidad y a la posibilidad de fugas. Los tanques de almacenamiento deben estar diseñados para soportar altas presiones y temperaturas extremas, y las instalaciones deben contar con medidas para dispersar rápidamente cualquier fuga de hidrógeno y evitar así su acumulación y su posible ignición (AIChE) (NREL Home). 
  • Transporte: El hidrógeno se transporta en tuberías de alta presión y camiones cisterna criogénicos. La integridad de estos sistemas de transporte es fundamental para evitar fugas y roturas, que pueden provocar incendios o explosiones. Las medidas de seguridad incluyen rigurosos protocolos de inspección y programas de mantenimiento para garantizar la seguridad de las tuberías y los camiones cisterna (NREL Home) . 

Información del sensor H2*

Tipo: Electroquímico
Rango: 0-40 000 ppm
Rango de sensibilidad: 1 nA/ppm ± 0,5 nA/ppm

*No disponible en todas las regiones.

 

Niveles de alarma predeterminados

Alarma baja: 4000 ppm
Alarma alta: 8000 ppm

¿Preguntas sobre la detección de H2?

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Aplicaciones especiales y consideraciones

  • Almacenamiento: La detección de gas hidrógeno es crucial en entornos donde se utiliza o almacena hidrógeno, como refinerías, plantas químicas y laboratorios. Se deben tener en cuenta las posibles fuentes de generación de hidrógeno, como la electrólisis, el reformado con vapor y la gasificación de biomasa. 
  • Baja viscosidad: El hidrógeno presenta varios riesgos industriales debido a sus propiedades únicas. Su capacidad para difundirse a través de algunos materiales sólidos puede provocar fragilidad y fallos en los sistemas. Al ser la molécula más pequeña de todas, el hidrógeno tiene una viscosidad muy baja, lo que dificulta la prevención de fugas. Su alta flotabilidad significa que, cuando se libera, el hidrógeno asciende y puede acumularse en niveles elevados. 
  • Altamente inflamable: El alto rango de inflamabilidad del hidrógeno y su muy baja energía de ignición (0,02 mJ, que es una décima parte de la del metano) significan que incluso pequeñas chispas, como las que producen las prendas de vestir, pueden provocar la ignición y dar lugar a explosiones.  
  • Invisible: El hidrógeno arde con una llama invisible a la luz del día, lo que dificulta su detección sin añadir color. Se ha observado la ignición espontánea de liberaciones repentinas, aunque se desconoce el mecanismo. La rápida velocidad de combustión y la velocidad de la llama dan lugar a presiones de explosión y tasas de aumento de presión más elevadas, lo que hace que las mezclas explosivas sean más propensas a la detonación en comparación con otros gases combustibles comunes. 
  • Forma líquida: El hidrógeno licuado, que suele transportarse a -253 °C, puede provocar quemaduras graves al entrar en contacto con la piel, y el gas vaporizado puede quemarse o explotar. 

Riesgos para la salud y manipulación del H2

concentración
síntomas/efectos
0 - 0,5 ppm
Sin efectos significativos para la salud; el hidrógeno está presente de forma natural en el aire en niveles traza.
0,6 - 23 ppm
Sin efectos significativos para la salud; las concentraciones dentro de este rango se siguen considerando muy bajas y seguras para la exposición.
24 - 29 ppm
Sin efectos significativos para la salud; el hidrógeno en esta concentración sigue siendo muy bajo y no supone un riesgo para la salud.
30 - 49 ppm
No se observan efectos significativos para la salud; estas concentraciones siguen siendo bajas y no suponen un riesgo para la salud.
50 - 71 ppm
No se observan efectos significativos para la salud; las concentraciones siguen estando dentro de un rango que se considera seguro.
72 - 139 ppm
Sin efectos significativos para la salud; estas concentraciones siguen sin ser perjudiciales.
140 - 499 ppm
Sin efectos significativos para la salud; sigue estando dentro de los límites de exposición seguros.
500 - 1499 ppm
Sin efectos significativos para la salud; el hidrógeno no es tóxico y estos niveles se consideran generalmente seguros.
1500 - 2499 ppm
Sin efectos significativos para la salud; el hidrógeno no es tóxico y esta concentración no suele ser peligrosa.
2500 - 4500 ppm
No tiene efectos significativos sobre la salud; aunque el hidrógeno no es tóxico, se debe tener cuidado para evitar el desplazamiento del oxígeno.
5000 ppm +
En concentraciones muy elevadas, el hidrógeno puede desplazar al oxígeno del aire, lo que conlleva un riesgo de asfixia. Los síntomas de la asfixia incluyen mareos, dolor de cabeza, dificultad para respirar, pérdida del conocimiento y, potencialmente, la muerte si la exposición continúa sin intervención.
H2 primeros auxilios
PRIMEROS AUXILIOS
  • Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre y mantenerla en reposo en una posición cómoda para respirar. Si no respira, practicar la respiración artificial. Si respira, el personal cualificado debe administrarle oxígeno. Llamar a un médico. 
  • Contacto con la piel: No se esperan efectos adversos con este producto (a menos que se encuentre en estado líquido). 
  • Contacto con los ojos: Enjuague inmediatamente los ojos con abundante agua durante al menos 15 minutos. Mantenga los párpados abiertos y alejados de los globos oculares para asegurarse de que todas las superficies se enjuagan completamente. Busque atención médica inmediata. 

Peligros del H2
EN CASO DE LIBERACIÓN ACCIDENTAL
  • Evacúe la zona inmediatamente y avise al personal cercano. 
  • Evite las fuentes de ignición, incluyendo llamas abiertas, chispas y equipos eléctricos. 
  • Ventile el área para dispersar el gas hidrógeno de forma segura. 

RECURSOS DESTACADOS

Gas combustible y su detección

Los gases combustibles son uno de los mayores riesgos a los que puede enfrentarse una instalación industrial. Este completo informe técnico abarca desde los conceptos básicos hasta los últimos avances en tecnología de detección de LEL.