El gas de agua es un tipo de gas combustible , una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno . Se produce "soplando alternativamente en caliente una capa de combustible [coque] con aire y gasificándola con vapor". [1] [2] El rendimiento calórico del combustible producido por este método es de alrededor del 10% del rendimiento de una planta de gas de síntesis moderna . El coque necesario para producir gas de agua también cuesta significativamente más que los precursores del gas de síntesis (principalmente metano del gas natural), lo que hace que la tecnología del gas de agua sea una propuesta comercial aún menos atractiva.
El gas de síntesis se produce al pasar vapor sobre un combustible de carbono al rojo vivo, como el coque : [3]
La reacción es endotérmica , por lo que el combustible debe recalentarse continuamente para mantener la reacción. Para ello, se introduce una corriente de aire, que se alterna con la corriente de vapor, para quemar parte del carbono:
En teoría, para producir 6 L de gas de agua se necesitan 5 L de aire. Otra posibilidad es evitar la contaminación con nitrógeno, ya que se puede obtener energía utilizando oxígeno puro para quemar el carbono y convertirlo en monóxido de carbono.
En este caso, 1 L de oxígeno creará 5,3 L de gas de agua pura.
La reacción de desplazamiento del gas de agua fue descubierta por el físico italiano Felice Fontana en 1780. El gas de agua se fabricó en Inglaterra a partir de 1828 soplando vapor a través de coque al rojo vivo. [4]
El término hidrocarbonato es un término arcaico para designar el gas de agua compuesto de monóxido de carbono e hidrógeno generado al pasar vapor a través de coque incandescente . El hidrocarbonato fue clasificado como un aire artificial y algunos médicos del siglo XVIII, entre ellos Thomas Beddoes y James Watt , exploraron sus propiedades terapéuticas . [5] El término hidrocarbonato, acuñado por Beddoes en 1794, no debe confundirse con el nombre moderno "carbonato de hidrógeno" para el ion bicarbonato .
Entre 1794 y 1802, médicos como Tiberius Cavallo y Davies Gilbert experimentaron con hidrocarbonato como analgésico y anestésico. [6] Humphry Davy infamemente inhaló tres cuartos de galón de hidrocarbonato en la Institución Neumática y casi murió al "hundirse en la aniquilación"; Davy se recuperó dos días después y concluyó que la inhalación de más hidrocarbonato podría haber "destruido la vida inmediatamente sin producir ninguna sensación dolorosa". [7] Tenía razón: el envenenamiento por monóxido de carbono puede ser fatal.
Las enfermedades tratadas con hidrocarbonato incluyen: tuberculosis , inflamación , asma , expectoración , hemoptisis , neumonía , hidrotórax , espasmo y otras indicaciones. [5] [6] Muchas de las enfermedades tratadas con hidrocarbonato, cuyo ingrediente activo era el monóxido de carbono, ahora se están investigando utilizando métodos de investigación biomédica modernos para determinar el potencial terapéutico del monóxido de carbono. Por ejemplo, James Lind reconoció que el hidrocarbonato trata eficazmente la inflamación pulmonar; [5] la administración de monóxido de carbono a través del protocolo de inhalación o moléculas liberadoras de monóxido de carbono tiene datos preclínicos significativos que indican un tratamiento eficaz para la inflamación. [8] El trabajo pionero de la aplicación medicinal exploratoria del hidrocarbonato es un origen importante para el desarrollo de fármacos modernos.
James Watt sugirió que el hidrocarbonato podría actuar como "un antídoto contra el oxígeno en la sangre" en 1794 y advirtió sobre la toxicidad de una sobredosis antes de los descubrimientos del monóxido de carbono (1800) y la hemoglobina (1840). [5] A pesar de la observación de Watt, se acepta ampliamente que Claude Bernard fue el primero en describir el mecanismo de envenenamiento por monóxido de carbono al describir la afinidad del monóxido de carbono por la hemoglobina que desplaza al oxígeno para inducir la asfixia alrededor de 1857. [9]
En 1873, Thaddeus SC Lowe desarrolló y patentó el proceso de gas de agua mediante el cual se podían generar grandes cantidades de gas hidrógeno para uso residencial y comercial en calefacción e iluminación. Este gas proporcionaba un combustible de calefacción más eficiente que el gas de carbón común , o gas de coque, que se utilizaba en el servicio municipal. El proceso utilizaba la reacción de desplazamiento del gas de agua:
El proceso se descubrió haciendo pasar vapor a alta presión sobre carbón caliente , la principal fuente de gas de coque. El proceso de Lowe mejoró los sistemas de chimeneas mediante los cuales el carbón podía permanecer sobrecalentado, manteniendo así un suministro constante de gas. La reacción produjo dióxido de carbono e hidrógeno, que, después de un proceso de enfriamiento y " depuración ", produjo gas hidrógeno.
El proceso estimuló la industria de fabricación de gas y rápidamente se establecieron plantas de gasificación a lo largo de la costa este de los Estados Unidos. Procesos similares, como el proceso Haber-Bosch , llevaron a la fabricación de amoníaco (NH3 ) mediante la combinación de nitrógeno , presente en el aire , con hidrógeno. Esto estimuló la industria de la refrigeración , que durante mucho tiempo utilizó amoníaco como refrigerante . Lowe también poseía varias patentes sobre máquinas de fabricación de hielo artificial y pudo dirigir con éxito negocios en el almacenamiento en frío, así como productos que funcionaban con gas hidrógeno.
El gas de agua tiene un calor de combustión menor que el gas de carbón , por lo que a menudo se aumentaba el valor calorífico haciéndolo pasar por una retorta calentada , en la que se rociaba aceite. El gas mixto resultante se llamaba gas de agua carburado . La composición media del gas de agua carburado es la siguiente: H 2 = 34-38%; CO = 23-28%; hidrocarburo saturado = 17-21%; hidrocarburo insaturado = 13-16%; CO 2 = 0,2-2,2%; N 2 = 2,5-5,0%. Se utiliza como fuente de calor ya que tiene un alto valor calorífico.
El gas semilíquido es una mezcla de gas de agua y gas de productor que se obtiene al pasar una mezcla de aire y vapor a través de coque calentado. El calor generado cuando se forma el gas de productor mantiene la temperatura del coque lo suficientemente alta como para permitir la formación de gas de agua.
El hidrógeno puro se puede obtener a partir de gas de agua mediante la reacción de desplazamiento agua-gas , tras la posterior eliminación del dióxido de carbono formado cuando el monóxido de carbono reacciona con el agua.
El gas de agua, que ha sido reemplazado por completo por el gas de síntesis, podría utilizarse en determinadas pilas de combustible. Se utiliza en el proceso Fischer-Tropsch y reacciona con el gas pobre para producir gas combustible . También podría utilizarse para obtener hidrógeno puro para la síntesis de amoniaco.
