Hidrógeno: el fuego invisible (vídeo)

Lo difícil de trabajar con hidrógeno, además de la seguridad, es visualizarlo. Las llamas de hidrógeno son prácticamente invisibles al ojo humano. Han conseguido observarlas siguiendo el rastro de agua que dejan en su propagación

Este experimento, llevado a cabo por ingenieros españoles y publicado en la revista  Physical Review Letters, ha permitido ver cómo se propagan las llamas generadas por el hidrógeno si se produce un escape por conductos muy pequeños y geométricamente complejos, por ejemplo, en la batería que podríamos llevar en nuestro coche.

Han comprobado que las llamas se propagan formando fractales, una bella forma común en la naturaleza cuando hace falta aprovechar recursos. En este caso, el recurso que falta es el combustible.

Este es el vídeo que muestra cómo se mueven las llamas de hidrógeno

¿Por qué es importante este experimento?

Fernando Veiga Lopez, de la Universidad Carlos III de Madrid y uno de los investigadores de este estudio, explica que una de las alternativas que se está considerando para luchar contra el cambio climático es el uso de hidrógeno para generar o almacenar energía. Entre ellas las pilas de combustibles, la propia combustión de este gas o el uso de éste para almacenar energía sobrante en los picos de producción en centrales renovables (solar o eólica, por ejemplo).

Por ello, es interesante conocer bien cómo se comporta este combustible, que tiene una particularidad que lo diferencia de otros más populares actualmente, como pueden ser el metano o el propano: su molécula es muy pequeña y se difunde con facilidad (digamos que se mueve muy rápido en comparación con moléculas mayores). Esto modifica por completo cómo se comportan las llamas de hidrógeno y existen cosas que aún quedan por entender y descubrir.

Para observar las llamas de hidrógeno seguimos el rastro de agua que van dejando en su propagación

El experimento: ¿Cómo han visto el fuego?

Lo difícil de trabajar con hidrógeno, además de la seguridad, es visualizarlo. Las llamas de hidrógeno son prácticamente invisibles al ojo humano. Por ello, nosotros seguimos el rastro de agua que van dejando en su propagación. Al ser tan estrechos los canales, existen muchos mecanismos físicos de disipación energética (pérdidas de calor, fricción, etc.) que, comúnmente, dan lugar a la extinción de las llamas. Por ello, se creía inviable que llamas como las que estudiamos pudieran existir en canales tan pequeños (de hasta 1 mm de espesor).

¿Qué hace el hidrógeno para propagarse en estas condiciones?

Para que te hagas una idea, la propagación de este tipo de llamas (se les conoce como de premezcla) suele ser un frente continuo que separa lo que se ha quemado y lo que queda por consumir, propagándose en un determinado medio. Sorprendentemente, las llamas de hidrógeno rompen ese frente y generan pequeñas llamitas que se curvan (de ahí la forma de semiesfera de las puntas que se ven en los vídeos) para generar una zona de alta temperatura (suficiente para sobrevivir) a su alrededor. Además, la alta velocidad de difusión de las moléculas de hidrógeno hace que estas llamas sean capaces de absorber combustible de zonas “cercanas” para conseguir alimentarse (de ahí las zonas más claritas del vídeo, dónde no se propagan las llamas).

En su búsqueda de combustible (éste siempre escasea), las llamas de hidrógeno se dividen de forma cíclica y generan estructuras fractales durante su propagación.

Este tipo de estructuras aparecen de forma muy común en la naturaleza como la forma más óptima de consumir un recurso.

Llamas milimétricas pueden sobrevivir y, en el peor de los casos, propagarse hasta el depósito de combustible y generar accidentes indeseados

Unos ejemplos claros serían hongos o colonias bacterias, que realizan una propagación similar en situaciones de escasez de alimentos (en nuestro caso, combustible = alimento). Sin embargo, nunca se habían reportado en procesos de combustión, de ahí su alto interés. Al aparecer este tipo de llamas en estas condiciones, se han de tener en cuenta a la hora de diseñar sistemas de generación de potencia con hidrógeno. Es importante considerar que llamas milimétricas pueden sobrevivir y, en el peor de los casos, propagarse hasta el depósito de combustible y generar accidentes indeseados.