By Aunque suene a ciencia ficción, la presencia del hidrógeno en vehículos tiene una larga historia, y aquí, en CAMPESTRE, con datos de The Conversation te explicamos su funcionamiento.
Los instrumentos electrónicos de los módulos utilizados en las misiones Apolo de la NASA ya estaban alimentados con 3 celdas de combustible de hidrógeno hace más de sesenta años. Hoy apuntan a convertirse en los protagonistas de la movilidad urbana.
Tanto las autoridades como las principales marcas de vehículos apuestan por el hidrógeno como alternativa a los coches de baterías y auguran su auge en solo 10 años.
Las celdas que sustituyen a las baterías
Al igual que ocurre en los vehículos eléctricos, los vehículos de celda de combustible usan electricidad para alimentar un motor eléctrico. En este caso, esa electricidad se produce por medio de una celda de combustible alimentada por hidrógeno, en vez de usar la energía que procede de una batería.
El tipo más habitual de celda de combustible para aplicaciones de transporte es la membrana intercambiadora de protones, emparedada entre un electrodo positivo (cátodo) y uno negativo (ánodo).
Su funcionamiento químico se explica en dos brochazos. Para empezar, el hidrógeno se introduce en el ánodo y el oxígeno del aire se introduce en el cátodo. Las moléculas de hidrógeno (H₂) se descomponen en protones (H⁺) y electrones por medio de una reacción electroquímica en el catalizador (habitualmente platino).
Los protones atraviesan la membrana hasta el cátodo, y los electrones son conducidos hasta un circuito externo para producir trabajo (alimentando el motor eléctrico del coche). Posteriormente, protones, electrones y moléculas de oxígeno se combinan en el cátodo para generar agua.
Más eficientes y sin emisiones
Los vehículos eléctricos que funcionan con hidrógeno son mucho más eficientes (60 %) que los convencionales de combustión interna (20-30 %) y no generan emisiones (sólo emiten vapor de agua y aire caliente).
Además, estos vehículos no emiten ningún ruido, incluso a la velocidad a la que se llega en las autopistas, ya que no tienen engranajes mecánicos ni se produce combustión. También presentan la ventaja de que permiten un fácil escalado, dado que se pueden ir acumulando celdas de combustible para mover desde pequeños vehículos hasta autobuses o camiones.
Sección del Toyota Mirai Fuel Cell expuesto en el Salão Internacional do Automóvel 2016 São Paulo, Brasil. Se muestra la pila de combustible (izquierda) y el depósito de hidrógeno de alta presión (derecha). Mariordo (Mario Roberto Durán Ortiz), CC BY-SA
Carga en 4 minutos y 700 km de autonomía
Durante el diseño del vehículo, el fabricante define su potencia mediante el tamaño del motor eléctrico. Este motor recibe energía eléctrica desde la celda de combustible y desde una batería.
Aunque teóricamente se podría diseñar la batería para ser recargada enchufándola, lo normal es que se recargue recuperando la energía de frenado. Esta batería suministra una potencia extra en determinados instantes. También permite suavizar la potencia suministrada por la celda de combustible. Así es posible aislar o apagar la celda de combustible cuando las necesidades de potencia son bajas.
Aparte del motor eléctrico, de la celda de combustible y de la batería que recupera la energía de frenado, un coche eléctrico movido por hidrógeno necesita una batería auxiliar de bajo voltaje para el arranque del coche y la alimentación de los accesorios del vehículo.
Estos vehículos se cargan con hidrógeno puro, que se almacena en un depósito dentro del vehículo. Al igual que los coches convencionales de combustión interna, se pueden repostar en menos de 4 minutos y tienen una autonomía de unos 700 km.
Cuánto cuestan y que ayudas tienen
Uno de los principales problemas es que esta tecnología todavía es cara. El precio de estos vehículos es alto y está al alcance de pocos bolsillos. Por el momento solo existen tres modelos de coches de hidrógeno producidos en serie a la venta en el mundo.
La infraestructura para distribuir el hidrógeno todavía está en las primeras etapas de implementación. Este hidrógeno se suele obtener por reformado con vapor del metano presente en el gas natural, aunque sería preferible obtenerlo a partir de la electrolisis del agua mediante fuentes de energía renovables (solar fotovoltaica, eólica, etc.).
El hidrógeno debe estar comprimido (a 700 atmósferas de presión) para que no ocupe mucho, lo que exige enormes recursos para su refinamiento antes de llegar a la hidrogenera.
Su talón de Aquiles
Precisamente aquí reside otro punto débil de esta tecnología: la dificultad de repostaje.
El consumo típico de estos vehículos es de 0,8 kg/100 km. Estaríamos hablando de un coste de unos 8 €/100 km. Es más bajo que para un coche de gasolina, pero sigue siendo superior al consumo de un coche eléctrico, cuyo coste de recarga doméstica es de 1-2 €/100 km. Eso sí, la recarga de un coche eléctrico es mucho más lenta.
Otro aspecto que preocupa es la seguridad. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, no tóxico, que se dispersa fácilmente y que tiene una temperatura de autoignición muy elevada (585 ºC). Por contra, tiene un rango amplio de concentraciones en aire (entre 4-75 % en volumen) en las que puede producirse ignición. Sin embargo, la concentración de hidrógeno a partir de la cual la mezcla es inflamable es superior a la del propano de nuestras casas o los vapores de la gasolina.
Además, la industria del refino acumula décadas de experiencia en su producción, transporte y uso, y los fabricantes de automóviles han dedicado mucho tiempo a diseñar depósitos de hidrógeno con la suficiente resistencia, incluso ante potenciales accidentes.
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