Pila de hidrógeno: funcionamiento y ejemplos

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.

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.

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.

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.