Abstract:
La búsqueda de energías independientes de los combustibles fósiles ha ido evolucionando con la alta demanda energética y la migración hacia una ideología de protección al medio ambiente. La electrólisis de la urea para la producción de hidrógeno gaseoso es una de las formas con las que, en un futuro, se podría contribuir esta demanda de energía.
El hidrógeno se considera un combustible gaseoso - según la Ley de Política Energética de 1992 (“Energy Policy Act of 1992”) de Estados Unidos - que se encuentra encerrado en grandes cantidades dentro del agua, hidrocarbonos y diversas materias orgánicas. El principal interés del hidrógeno como combustible es su habilidad de proporcionar energía con cero o mínimas emisiones contaminantes al medio ambiente. (Energy Efficiency & Renewable Energy. 2016). En términos de seguridad, el hidrógeno es igual de peligroso que otros combustibles y conocer la forma en la que el hidrógeno se comporta a determinadas condiciones, permite este gas pueda ser utilizado de forma segura en la industria.
En este trabajo de graduación se tiene como objetivo identificar las condiciones a las cuales se podría operar un sistema de generación de hidrógeno, mediante la electrólisis de la urea. Determinando los materiales de los electrodos que se van a utilizar, así como su forma y distribución dentro de la celda. También la solución electrolítica que permita una mejor movilidad de electrones y por lo tanto, genere una mayor cantidad de hidrógeno. Así mismo, se busca determinar el voltaje que se le debe aplicar a la celda para que pueda operar y una ecuación que permita predecir matemáticamente cómo se irá generando el hidrógeno dentro de la celda electrolítica. Por último, proponer un reactor electrolítico que permita llevar a cabo la electrólisis para la producción de hidrógeno con las condiciones que se establezcan.
Los materiales utilizados fueron hidróxido de potasio e hidróxido de sodio de la casa proveedora RGH. Además se utilizó urea grado reactivo marca Merk. Para los electrodos se utilizó placas de Níquel 200/201 marca “ElectronTube”. Se utilizó láminas de Hierro Negro de “Distribuidora Ferromaya” y láminas de Cobre con de “Radiadores La Torre”. Todos los electrodos se utilizaron con un área transversal de (4.00±0.54) cm². Como equipo se utilizó una fuente de poder BK Precision, un multímetro Extech, un Baker y dos probetas Kimax y por último, soportes universales. La solución que se utilizó para simular la orina humana tenía un contenido en urea de 0.296M.
Se analizaron dos diferentes soluciones electrolíticas determinando que estadísticamente existe una diferencia significativa haciendo a la solución de Hidróxido de Potasio aquella que permite la mayor producción de hidrógeno. Para el material de electrodo se analizaron tres diferentes; sin embargo, para este factor se encontró que no existe una diferencia estadística significativa entre los tres materiales.
El voltaje a utilizar dentro de la celda se determinó como 6V (Voltios). Se encontró una ecuación cinética de reacción de orden cero para la producción del gas hidrógeno y se planteó un reactor electrolítico para la producción de un flujo de hidrógeno determinado. Además, se logró determinar que el hidrógeno producido en la celda electrolítica tiene la composición necesaria para ser utilizado en un motor de combustión interna.
