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Pila de hidrógeno: funcionamiento y ejemplos

Aprovecha los electrones que se desprenden de la reacción química

Su mayor reto reside en la obtención del hidrógeno y su almacenamiento

Tres fabricantes ya ofrecen vehículos de este tipo y pronto serán más

AmpliarGreenGT LMPH2G, vehículo con pila de hidrógeno, en el circuito de Spa - SoyMotor.comGreenGT LMPH2G, vehículo con pila de hidrógeno, en el circuito de Spa

La pila de hidrógeno es una de las tecnologías más prometedoras en la búsqueda de nuevos combustibles y sistemas de movilidad eficientes. La teoría consiste en combinar hidrógeno con oxígeno, con vapor de agua como único residuo, para extraer energía eléctrica, pero en la práctica no todo es tan sencillo como parece. Así es su funcionamiento en detalle:

El calentamiento global es un problema real que afecta a todo el planeta, y las compañías de automoción ya trabajan en el desarrollo y la investigación de nuevos sistemas de propulsión que permitan reducir al mínimo las emisiones de sus vehículos. En la actualidad ya existen en el mercado varias alternativas a los combustibles convencionales, pero su cuota en el mercado global todavía es escasa. Desde hace algún tiempo, las dristrubuidoras de Diesel y gasolina incorporar pequeños porcentajes de combustibles de origen orgánico, como etanol y biodiesel, a los carburantes que repostamos cada día en las estaciones de servicio; pero su presencia todavía es menor. Por otra parte, con unos 15 millones de vehículos en Europa, el gas licuado de petróleo –GLP– es actualmente el principal combustible alternativo, seguido por el gas natural comprimido –GNC–, aunque estos también suponen un pequeño porcentage del mix energético total.

La nueva tendencia que cada vez gana más peso en el mercado pasa por la electrificación del parque móvil, un hecho en el que la mayor parte de los fabricantes de coches invierten miles de millones de euros para su desarrollo pero, ¿son estos la mejor opción? Con los datos sobre la mesa, los usuarios de eléctricos pasaron de un millón a dos millones entre mediados de 2014 a 2016, pero sólo fueron necesarios seis meses para pasar de tres a cuatro millones en 2018. Sin embargo, a día de hoy, esta forma de impulsión no es una solución definitiva, pues gran parte de la energía eléctrica todavía se obtiene de combustibles fósiles lo que, en realidad sólo cambia de lugar el problema de la contaminación, pero no lo resuelve. A este hecho se debe sumar que, para una electrificación total del parque móvil será necesaria una inversión multimillonaria en la construcción de una red de carga accesible y económica.

Una de las principales alternativas a los combustibles fósiles y que puede solventarl los retos de la electrificación del automóvil es la pila de hidrógeno. Su concepción no es reciente, pues las primeras demostraciones datan del Siglo XIX por el científico William Grove, mientras que el primer vehículo comerciado propulsado por hidrógeno fue un autobús público que la empresa Ballard ideó en 1993. No obstante, su utilización en el sector de las cuatro ruedas no logró un peso específico hasta que Honda, en 2008, empiezó a comercializar su FCX Clarity, basado en el prototipo presentado un par de años antes. Éste contaba con un motor de 130 caballos con una autonomía de aproximadamente 390 kilómetros, y su segunda generación, presentada en 2016, ya está a la venta en algunos países, aunque no España.

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PILA DE HIDRÓGENO: FUNCIONAMIENTO

En una pila de combustible, el principio base de funcionamiento es aprovechar la energía eléctrica generada a partir de una reacción química entre el hidrógeno contenido en sus depósitos y el oxígeno del aire. Ello se consigue al suministrar en un electrodo –ánodo– el hidrógeno y, al hacer circular sus átomos a través de una membrana PEM –Proton Exchange Membrane–, estos sufren una reacción química en la que pierden sus electrones. Cuando llegan al otro extremo reaccionan con el oxígeno que se encuentra en el otro electrodo –cátodo– para formar así el agua. La clave de todo este sistema se encuentra en aprovechar ese flujo de electrones que se desprenden de los átomos de hidrógeno. Si se conecta un motor a este circuito, se obtiene un sistema de propulsión mediante pila de combustible o hidrógeno.

celdas-de-combustible.jpg

Este proceso tiene varias ventajas frente a otros tipos de combustible. Respecto a los fósiles, las emisiones generadas no son en absoluto nocivas, pues el único residuo generado es agua pura y calor, es decir, vapor. Además, debido a la propia naturaleza de la reacción, es un sistema más eficiente, ya que los motores de combustión interna deben transformar primero su energía en calor –la explosión– antes de transformarla en movimiento a través de los pistones, proceso en el que se pierde gran parte de la energía inherente del combustible. Aparte de todo ello, la pila de hidrógeno no necesita de partes móviles que se pueden desgastar o romper con el uso continuado y, como colofón, solo es necesario abastecer al motor con hidrógeno, tarea que se puede realizar del mismo modo que se repostan los vehículos de combustión intena en cualquier gasolinera.

Sin embargo, existe un gran reto. A pesar de representar el 90% de la masa del universo, el hidrógeno no se encuentra  en estado 'libre', por lo que hay que dedicar un gran esfuerzo para obtenerlo. Una vez obtenido, se necesitan de unos depósitos de gran tamaño para almacenarlo, hecho que condiciona la habitabilidad de un vehículo. Además, se trata de un elemento que, en contacto con el aire, es altamente inflamable, lo que lo hace peligroso si no se toman las precauciones adecuadas. Todo ello encarece en gran medida el producto final hasta tal punto que, en términos económicos, el precio por kilómetro de un vehículo con pila de hidrógeno es equivalente e incluso algo superior al de un motor de combustión normal y corriente –se estima en unos 8,5 euros por cada 100 kilómetros–. Finalmente, la red de suministro todavía es demasiado pobre, más todavía en nuestro país, donde se acaba de abrir el primer punto de repostaje de hidrógeno y no se prevén más de 20 para el año 2020.

 

PILA DE HIDRÓGENO: EJEMPLOS

Actualmente, sólo tres marcas ofrecen comercialmente vehículos con pila de hidrógeno como sistema de propulsión. Toyota con el Mirai, Honda con el Clarity FCX y Hyundai con el Nexo, el primer vehículo de este tipo en venderse en España, en el mes de septiembre, y el único que se comercializa, por el momento, en nuestro país. Su motor desarrolla 163 caballos y está a la venta a partir de 69.000 euros.

Aunque estas tres sean actualmente las únicas marcas que ofrecen vehículos funcionales con pila de combustible, otros fabricantes también han desarrollado los suyos. Mercedes es uno de los más avanzados, con modelos como el Clase B F-Cell que se vendió en pequeñas tiradas en 2012. Por su parte, el GLC F-Cell será el próximo coche con pila de combustible en comercializarse y, aparte de ello, será híbrido enchufable con batería convencional, el primero con esta configuración. Por el momento solo estará disponible en Alemania en pequeñas series cuyos primeros ejemplares no tardarán en llegar a sus propietarios.

Otra forma del uso de esta tecnología la llevó a cabo Aston Martin. Fue en 2013 con el Rapide S Hydrogen, el cual equipaba una mecánica híbrida capaz de funcionar tanto con gasolina como con hidrógeno, aunque no hacía uso de la pila de combustible, sino que utilizaba el propio hidrógeno como carburante. Fue además el primer modelo a hidrógeno en participar en una competición internacional, concretamente, las 24 horas de Nürburgring. Otras marcas, como BMW y su Hydrogen 7 de 2006, también realizaron invesstigaciones al respecto.

aston-martin-hybrid-hydrogen.jpg

Y, ya que hablamos de competición, ¿cuál fue el primer coche de competición propulsado por hidrógeno? El honor le corresponde al GreenGT H2 presentado en 2012. En 2016 se convirtió en el primer coche de estas características en dar una vuelta al circuito de La Sarthe con éxito. Contaba con dos motores eléctricos que le permitían desarrollar más de 500 caballos y alcanzar velocidades superiores a los 300 kilómetros/hora. La última y más avanzada creación de GreenGT, el LMPH2G –en la foto que ilustra la portada–, cuenta con cuatro motores que desarrollan una potencia constante de más de 330 caballos. Estuvo además presente en las pasadas 24 horas de Le Mans para promocionar este tipo de propulsión con el objetivo de su introducción en la mítica carrera para el año 2024 y anunciando los objetivos de empezar a competir a finales del presente año.

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12 comentarios
Imagen de Alisius
[#11 Racer] En mi comentario hablo sobre la situación en general, no sobre la situación especifica de una tecnología, y SI las petroleras están detrás de TODAS las patentes ya sean financiando su fabricación o comprándolas después para "meterlas en un armario" Pero comentas que el problema es quemar para generar... Aun que no lo parezca (lleva un tiempo) eso ya se acabó, no encontraras en ningún sitio financiación para montar una planta generadora de electricidad que queme algo, salvo en algún país en que prime lo que se metan en el bolsillo los políticos de turno y te lo financien, hoy por hoy la forma más barata de generar electricidad es o bien fotovoltaica o eólica, el mercado ha hablado, y por eso las empresas están montando granjas solares y parques eólicos como locas, eso si calladitos no vaya a ser que la gente se pregunte por que sube el precio de la electricidad cuando a ellos les sale más y más barato... Bueno puedo estar equivocado con el hidrógeno y su volatilidad, aun que no sea una explosión de fuego y destrucción (ya sabía que no era así) no me dirás que un gas a presión no es más peligroso, menos espectacular que las bolas de fuego, El hidrógeno a presión es peligroso, y millones de coches en las carreteras con tanques de hidrógeno no me parece la mejor opción... Pero vuelvo a lo mismo, los fabricantes están "enamorados" de los coches eléctricos, tienen muchas menos piezas móviles y su fabricación y mantenimiento es más sencillo, y mientras se les permita te lo venden más caro que uno "normal", y costará que bajen de precio mientras los gobiernos sigan subvencionandolos, y no vengáis como las farmacéuticas, es que tengo que invertir en I+D y nuevas plantas... DIESEL GATE, décadas de beneficios, y por delante décadas de ventas... pero claro vivimos en el mundo en que un cambio tan importante como difícil tiene que dar dinero HOY, solo los ciudadanos tienen la obligación de apretarse el cinturón y esperar a mejores tiempos. PD si tan bueno y eficiente es la pila de hidrógeno por que no hay plantas generadoras con esa tecnología? esta noticia es como el chiste publicitario de "por que es un buen momento para comprarse un diésel" que leí el otro día.
#4 Compañero, en el #3 estás en lo cierto, el principal problema del hidrógeno ( hay que aclarar que nos referimos al hidrógeno gaseoso, ya que hay otros tipos de pilas de combustible que obtienen ese hidrógeno de otros compuestos como el metanol, etanol, KOH, ácido fosfórico, óxidos metálicos, carbonatos alcalinos....) es el almacenamiento y el proceso de obtención, aunque este último no tanto si se utilizasen energías renovables para su obtención, u obteniéndolo en plantas de co-trigeneración. Pero en este #4 no entendí eso que dijiste, ya que aunque haya mucha esperanza con las baterías (por almacenamiento y grado de contaminación), éstas siguen necesitando de un "combustible" para poder cargarlas. Entonces estaríamos en lo mismo. Realmente, el futuro energético de este planeta pasa por la fusión nuclear, y no le quedan muchos años para que se termine de hacer realidad.
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Imagen de Racer
[#4 avantij] Compañero, en el #3 estás en lo cierto, el principal problema del hidrógeno ( hay que aclarar que nos referimos al hidrógeno gaseoso, ya que hay otros tipos de pilas de combustible que obtienen ese hidrógeno de otros compuestos como el metanol, etanol, KOH, ácido fosfórico, óxidos metálicos, carbonatos alcalinos....) es el almacenamiento y el proceso de obtención, aunque este último no tanto si se utilizasen energías renovables para su obtención, u obteniéndolo en plantas de co-trigeneración. Pero en este #4 no entendí eso que dijiste, ya que aunque haya mucha esperanza con las baterías (por almacenamiento y grado de contaminación), éstas siguen necesitando de un "combustible" para poder cargarlas. Entonces estaríamos en lo mismo. Realmente, el futuro energético de este planeta pasa por la fusión nuclear, y no le quedan muchos años para que se termine de hacer realidad.
#2 El futuro o LA ESPERANZA son los nanotubulos de carbono. Si se consiguen realizar baterias comerciales con eso, puede ser una alternativa eficiente y rentable.
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Imagen de bourne
[#9 masmvd] utilizaba boro, no es que lo silenciaran, sino que no es viable.
#6 y antes del que menciona ya lo hizo un español con una moto, lo silenciaron
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[#6 carlosike20] y antes del que menciona ya lo hizo un español con una moto, lo silenciaron
no se porque tanto problñema con el hidrogeno, ya hace como30 años un sr en EEUU invento un sistema para utilizar el aguamcomo combustible, por extrañas razones (jeje) lo desaparecieron de este mundo, tanto a el como a su invento, y si funcionaba con agua pero separando el hidrogeno del oxigeno, y podia usar cualquier tipo de agua, (salada, sucia, limpia, dulce, de lluvia, de nieve, etc) y el residuo era el mismo, agua y vapor de agua, solo que estan mirando a un lado, como dijo el amigo arriba, si sale ese invento las petroleras dejaran de ganar miles de millones y lo otro invertir pues invierten mas en buscar posos petroleros en mar abierto que seguro buscando una solucion a este problema
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Imagen de masmvd
[#2 Alisius] Se equivoca con el Hidrogeno totalmente, no es más inflamable que la gasolina, el gasoil o los gases que se usan ahora, el problema es obtenerlo y no es un proceso que hagan las petroleras, por lo que a estas tampoco les conviene que se tome ese camino.
dos cosas 1 la inversión multimillonaria se hace todos los días en busca de petroleo, darme el presupuesto de las petroleras de un año para búsqueda de nuevos pozos y decirme que problema solucionar y estará solucionado, el dinero no es un problema, en cuanto se dijo que se va a prohibir el diésel en unas décadas las empresas se han lanzado a electrificar y en breves no sera un problema circular con un eléctrico pudiendo cargarlo en cualquier sitio. Como bonus la eléctricas del país ya están plantando granjas solares "gigantes" como locas y como si fueran verdes y cuando hace 6 meses era algo inasumible e imposible.... 2 la pila de hidrógeno no es la tecnología del futuro lo siento, usar hidrógeno a alta presión solo sirve para que las petroleras mantengan el monopolio, como bien decís es altamente volátil y necesita de una infraestructura especifica que solo esta a la altura de ellas, y por ende es un peligro en las carreteras pues un pequeño accidente provocara una buena explosión, más que las baterías de litio y la gasolina juntas. Y aquí esta la cuestión, el litio tampoco es la solución pues la mayoría esta en las profundidades abisales, y en los viejos desiertos de sal, y este último no es mucho lo que hay disponible y su extracción es muy contaminante. Pero leí por aquí la prueba de un eléctrico de BMW? que cargaba en menos de 30 min con un supercargador de 900 A, solo hay un material con el que hacer las baterías que aguante una carga de tal potencia sin arder, y curiosamente la patente de la batería y del cargador eran de Shell, el problema es que las tecnologías verdes que sirven de algo modifican el status cuo actual y democratizarían "el combustible" del futuro, y eso no va a suceder, por lo mismo con lo que he comenzado esta parrafada, LAS PETROLERAS NO QUIEREN y si no se les obliga no cambiara nada.
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Imagen de carlosike20
https://www.youtube.com/watch?v=kNxWWCbN__o a este caso e el que me refiero, nada de posibles explosiones ni problemas de almacenamiento
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Imagen de carlosike20
no se porque tanto problñema con el hidrogeno, ya hace como30 años un sr en EEUU invento un sistema para utilizar el aguamcomo combustible, por extrañas razones (jeje) lo desaparecieron de este mundo, tanto a el como a su invento, y si funcionaba con agua pero separando el hidrogeno del oxigeno, y podia usar cualquier tipo de agua, (salada, sucia, limpia, dulce, de lluvia, de nieve, etc) y el residuo era el mismo, agua y vapor de agua, solo que estan mirando a un lado, como dijo el amigo arriba, si sale ese invento las petroleras dejaran de ganar miles de millones y lo otro invertir pues invierten mas en buscar posos petroleros en mar abierto que seguro buscando una solucion a este problema
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Imagen de JRamiirez
Creo que todos estamos de acuerdo en que el verdadero coche "ecologico" es el de hidrogeno, pero comentan los compañeros abajo hay una serie de circunstancias que se antojan complicadas, no obstante, con los electricos se decia lo mismo de las petroleras, y ahi están, quizas el coche de hidrogeno no este tan lejos como parezca
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Imagen de avantij
[#2 Alisius] El futuro o LA ESPERANZA son los nanotubulos de carbono. Si se consiguen realizar baterias comerciales con eso, puede ser una alternativa eficiente y rentable.
dos cosas 1 la inversión multimillonaria se hace todos los días en busca de petroleo, darme el presupuesto de las petroleras de un año para búsqueda de nuevos pozos y decirme que problema solucionar y estará solucionado, el dinero no es un problema, en cuanto se dijo que se va a prohibir el diésel en unas décadas las empresas se han lanzado a electrificar y en breves no sera un problema circular con un eléctrico pudiendo cargarlo en cualquier sitio. Como bonus la eléctricas del país ya están plantando granjas solares "gigantes" como locas y como si fueran verdes y cuando hace 6 meses era algo inasumible e imposible.... 2 la pila de hidrógeno no es la tecnología del futuro lo siento, usar hidrógeno a alta presión solo sirve para que las petroleras mantengan el monopolio, como bien decís es altamente volátil y necesita de una infraestructura especifica que solo esta a la altura de ellas, y por ende es un peligro en las carreteras pues un pequeño accidente provocara una buena explosión, más que las baterías de litio y la gasolina juntas. Y aquí esta la cuestión, el litio tampoco es la solución pues la mayoría esta en las profundidades abisales, y en los viejos desiertos de sal, y este último no es mucho lo que hay disponible y su extracción es muy contaminante. Pero leí por aquí la prueba de un eléctrico de BMW? que cargaba en menos de 30 min con un supercargador de 900 A, solo hay un material con el que hacer las baterías que aguante una carga de tal potencia sin arder, y curiosamente la patente de la batería y del cargador eran de Shell, el problema es que las tecnologías verdes que sirven de algo modifican el status cuo actual y democratizarían "el combustible" del futuro, y eso no va a suceder, por lo mismo con lo que he comenzado esta parrafada, LAS PETROLERAS NO QUIEREN y si no se les obliga no cambiara nada.
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Imagen de avantij
Como comenta ALISISIUS en 2, el H2 tiene un gran problema de almacenamiento y transporte PELIGROSO, pero ademas, se debe comprimir el aire para obtenerlo ¿Como se lo hace?. ¡ Con Electriciad !! Que si es generada por metodos contaminantes seguimos igual ¿Se entiende? ..... Hasta que la industria del Petroleo no abandone este SU negocio no se avanzara realmente en el tema electrico.
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