Como todas las energías alternativas a los combustibles fósiles, sus mayores avances se llevan a cabo durante épocas de crisis. En la actualidad, es el planeta el que pide a gritos una transición a energías renovables, y la pila de combustible de hidrógeno se alza como la óptima para el transporte pesado y de larga distancia.
Vamos a desgranar qué tipos de hidrógeno existen según el modo de conseguirlo, cómo funciona una pila de combustible y cuáles son sus beneficios y desventajas, con respecto a otras energías.
De forma extensa describiremos el hidrógeno como fuente de energía, para valorar su sostenibilidad real. El hidrógeno es el elemento más simple y ligero que existe; de hecho, por eso abre la tabla periódica de los elementos.
Está formado por un protón y un electrón que forman una molécula diatómica, dicho de forma simple. De forma habitual, se encuentra en estado gaseoso, pero también forma parte del agua y de la mayoría de los compuestos orgánicos.
De ahí, precisamente, que se alce como un perfecto candidato como fuente de alimentación o combustible. Se habla de hidrógeno gris, azul, turquesa, blanco y verde. Estos colores van en función de la manera de obtenerlo y si son más sostenibles o menos.
El hidrógeno gris se produce con combustibles fósiles, así que no interesa demasiado, pues emplearíamos precisamente los recursos que necesitamos reducir. Por su parte, el hidrógeno azul también emplea combustibles fósiles con tecnologías de captura y almacenamiento de carbón. Aunque es algo menos contaminante que el gris, porque se produce a partir de gas natural, y no del petróleo, también se emite CO2 a la atmósfera para su producción. Podría ser una solución inicial, pero con vistas a reducirlo.
Por su parte, el hidrógeno turquesa se produce mediante pirólisis del metal fundido, alimentada por gas natural, que estaríamos en lo mismo con el uso de los combustibles fósiles.
El blanco es un tipo de gas que puede encontrarse normalmente en la naturaleza, en depósitos subterráneos, así que de recurso limitado. La opción que todos los expertos recomiendan es la producción de hidrógeno verde o renovable. Se produce a partir de fuentes renovables y se piensa en él como el sustituto de los combustibles en el transporte pesado, marítimo y la aviación.
La forma más extendida para producirlo es la electrólisis del agua impulsada por energía eléctrica renovable. Es decir, descomponer el agua (H2O) en gases oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) mediante una corriente eléctrica continua.
Una radiografía
Los beneficios del hidrógeno verde son muchos. Se trata de una energía limpia, pues el único residuo que produce es agua. Es 100 % renovable porque se genera utilizando recursos naturales que no se agotan, como la energía eólica, solar o hidráulica. Puede almacenarse, ya que se puede comprimir y durante largos períodos de tiempo, además de transportarse en tanques comprimidos gracias a su ligereza.
Como vemos, todo son ventajas. Pero tal y como mencionábamos al principio del texto, estas tecnologías solo se desarrollan durante períodos de crisis. En los años setenta, durante la crisis petrolera, o en las últimas décadas, con la crisis climática, por poner un ejemplo.
Como todas las investigaciones y desarrollos, requieren de inversión y elevados recursos económicos, para que fabricantes de vehículos puedan invertir en ellos, deben verle una cierta rentabilidad, aunque sea a largo plazo. Así que uno de los mayores obstáculos es su elevado coste de fabricación.
De hecho, en España, aunque recientemente se ha puesto en marcha la primera planta de hidrógeno verde, su producción sigue teniendo un elevado coste, difícil de salvar. Con las cifras en las manos, la producción actual de hidrógeno, hasta el 95 %, se basa en gas natural y carbón, es decir, combustibles fósiles, lo que supone alrededor de 850 millones de toneladas de dióxido de carbono por año en todo el mundo.
Para la aplicación de este gas a los vehículos, los fabricantes han desarrollado una celda de combustible que incorpora electrodos para producir electricidad a partir de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. Las pilas de combustible se pueden clasificar en función del electrolito y del combustible elegido, que también determina las reacciones que se llevarán a cabo en los electrodos y los tipos de iones que la corriente transportará a través del electrolito. Hoy en día, la mayoría de las células de combustible en desarrollo utilizan hidrógeno o gases sintéticos ricos en hidrógeno.
En el vehículo, el hidrógeno está almacenado en depósitos, mientras que el oxígeno está presente en el aire. El hidrógeno tiene una alta reactividad y el oxidante más común es el oxígeno gaseoso, debido a su elevada disponibilidad.
Como resultado de esta reacción se obtiene agua. La tensión de la celda depende de la corriente de carga. En circuito abierto, suele ser de 1,2 voltios. Para crear suficiente tensión, las celdas se agrupan combinándolas en serie y en paralelo. Si se combinan cientos de celdas, se consigue la pila de celdas de combustible. De ahí las siglas que identifican este tipo de vehículos, FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) y FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle).
Las placas del electrodo se hacen habitualmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador (como el platino o el paladio) para conseguir una eficacia más alta. Aun así, hay varios tipos de pilas de combustible en función de sus compuestos, pero las que parecen ser ideales para los vehículos y el transporte son las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC).
Una membrana electrolítica especial conduce protones entre el ánodo y el cátodo. Tienen una mayor densidad de potencia, un menor peso y volumen que otras celdas de combustible, y las últimas investigaciones van encaminadas a disminuir los costes de fabricación y el aumento en su eficiencia energética.
Como decimos, su alta densidad energética, en comparación con otros combustibles, le permite almacenar una gran cantidad de energía en relación con su peso, lo que lo convierte en una opción atractiva para aplicaciones de larga distancia, donde se requiere una gran cantidad de energía, como el transporte de mercancías.
Además, y a diferencia de las baterías eléctricas, que exigen tiempos de recarga prolongados, el hidrógeno puede repostarse rápidamente, parecido a un diésel, lo que permite una menor interrupción en los viajes de larga distancia y una mayor autonomía para los vehículos de carga.
En este sentido, cabe señalar que un camión con hidrógeno, y siempre teniendo en cuenta una serie de condicionantes, puede tener un rango similar al de un camión diésel convencional al alcanzar autonomías que rozan los 800 kilómetros con una carga completa de hidrógeno.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos valores pueden variar y seguirán mejorando con el avance de la tecnología, ya que se están realizando avances significativos en la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno y en su infraestructura asociada.
Precisamente hablando de este último aspecto, es aquí donde también se deben realizar importantes avances, ya que si no contamos con estaciones de servicio de hidrógeno para repostar, puede limitar la distancia que un camión de hidrógeno puede recorrer.
