No podemos terminar este especial del coche eléctrico sin hablar de su gran rival a largo plazo: la pila de combustible. A día de hoy es una tecnología en desarrollo, aunque se ha utilizado hace mucho tiempo. Las naves Apolo, que llevaron al hombre a la Luna, ya utilizaron pilas de combustible.
Hablar de pila de combustible nos lleva a hablar de hidrógeno, un interesantísimo vector energético, que no fuente de energía, son dos cosas diferentes. La pila de combustible en automoción va a tardar en masificarse, pero lo acabará haciendo. Hyundai dice que tendrá un modelo de producción en 2012, serán de los primeros.
Este artículo pretende ser introductorio, así que algunos conceptos serán explicados en detalle más adelante, pero como primera aproximación es válido. Procuraré que sea fácil de entender aunque quienes me lean sepa poco de química (o sepan mucha más que yo). Empecemos.
Hidrógeno: “generador de agua”
El hidrógeno es un gas a temperatura ambiente, que no se encuentra libre en la naturaleza por su tendencia a asociarse con otros gases. De “hidro” y “genesis” tenemos su nombre, toda molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno. El 70% del Planeta Tierra está compuesto por agua, luego es bestialmente abundante.
Es un vector energético, es decir, de él podemos sacar energía, pero no sin transformarlo. Se puede obtener el hidrógeno extrayéndoselo a otros compuestos (como gas) o mediante electrólisis: rotura de moléculas de agua con mucha electricidad. Ojalá pudiésemos conseguir hidrógeno libre, sería el fin de los problemas de movilidad.
Por unidad de masa, el hidrógeno es el combustible con más energía que se conoce, pero por unidad de volumen, es de los peores. Es difícil de almacenar en condiciones de seguridad, tamaño y coste. En los turismos el principal problema del hidrógeno es cómo se puede almacenar económicamente, en poco espacio y de forma segura.
La pila de combustible
El hidrógeno se puede quemar en un motor de combustión interna, pero no voy a entrar en ese tema. Otra aplicación es en pilas de combustible, que hacen reaccionar hidrógeno con oxígeno atmosférico para dar como productos electricidad y vapor de agua, que se tiraría por el tubo de escape.
Es parecido al concepto de batería, pero permite el rellenado de reactivos constantemente. Parte de sus catalizadores (materiales que facilitan las reacciones químicas) son muy escasos y caros, motivo por el cual las pilas suelen ser tremendamente caras. Es uno de los desafíos de diseño que se intentan resolver.
Como la pila de combustible produce electricidad, será consumida por un motor eléctrico, como los coches eléctricos puros. La eficiencia total es muy superior a un vehículo de combustión interna, pero es inferior a la de un vehículo eléctrico con energía almacenada en baterías.
Para que una pila de combustible no produzca emisiones locales, debe usar hidrógeno puro. Hay pilas que utilizan combustibles ricos en hidrógeno, pero con otros componentes que han de desecharse. Si queremos que no existan emisiones a secas, el hidrógeno debe venir exclusivamente de fuentes renovables.
Hoy día más del 90% del hidrógeno se genera de combustibles fósiles, como el petróleo o el gas. La electrolisis requiere brutales cantidades de electricidad, que o vienen de fuentes renovables, o es deficitario en emisiones (contaminamos más de lo que pretendemos evitar). Lo ideal es generarlo con energía solar/eólica y un suministro de agua.
Pero una de las ventajas del hidrógeno es que puede sacarse de cualquier parte, por lo que puede independizar energéticamente a las naciones. Dependiendo del proceso de obtención será más o menos ecológico, y más o menos económicamente viable. Queda mucho por hacer en ese campo.
Pila de combustible versus baterías
El paradigma de repostaje de las pilas de combustible se asemeja más al de los coches actuales. Se puede recargar un depósito en muy poco tiempo, en vez de horas. Además, es fácil crear una infraestructura de hidrogeneras que lo sirvan, frente a la “incomodidad” de cargar el coche en casa o en puntos de recarga.
La autonomía que proporciona un vehículo de pila de combustible es superior al de las baterías eléctricas a igualdad de tamaño y peso. Como sustituto total de los motores de combustión interna por energía fósil, es una de las mejores ideas que se están valorando, pero la autonomía es inferior a la que nos da el petróleo o el gas (a igualdad de volumen).
Es más económico crear una infraestructura de coches eléctricos que de coches movidos a hidrógeno. No solo está el problema de generar el hidrógeno, también está el del almacenamiento en las hidrogeneras y dentro del propio vehículo. Volvemos a lo de antes: rentabilidad, seguridad, ecología.
La pila de combustible, de momento, es más interesante para vehículos de gran tamaño, como camiones y autobuses. Ahí podemos almacenar mucho hidrógeno en volumen sin que suponga un gran incremento de peso en masa. En un turismo pequeño eso es más difícil: a 200-350 bares de presión, 1 kg de hidrógeno ocupa 60 litros de volumen.
A la presión atmosférica, para almacenar 1 kg de hidrógeno necesitamos 11.000 litros de capacidad. Orientativamente, 1 kg de hidrógeno proporciona energía para hacer unos 100 km en un turismo. La comparación con los depósitos de zumo de dinosaurio sigue siendo insultante a igualdad de volumen. A igualdad de masa, el hidrógeno es insuperable.
El modelo del hidrógeno es el que más interesa a las petroleras, porque les permite mantener su modelo de negocio. El modelo de la electricidad es el que más interesa a las empresas energéticas. Cuando tengamos nietos podemos empezar a hablar de dominio de una tecnología sobre la otra (o no).
Tenemos otro aspecto, el de la seguridad. En entornos abiertos, el hidrógeno es muy seguro, porque desaparece con rapidez en el ambiente. En entornos cerrados es muy peligroso. Acordaos del desastre del Hindenburg, un dirigible que estaba lleno de hidrógeno. Ardió completamente en cuestión de segundos en 1933.
En cuanto a la oferta comercial: no hay. Algunas marcas están probando prototipos para ver su viabilidad, como General Motors, Honda, Mercedes, Ford, etc. En autobuses y camiones hay pruebas piloto en marcha con resultados muy satisfactorios, sin ir muy lejos, en Madrid operan algunos autobuses con pilas de hidrógeno.
En cuanto al precio, el hidrógeno no es competitivo con los combustibles fósiles porque se necesita energía para transformarlo. Habrá que esperar años para verlo como producto en gasolineras, y habrá que esperar más para que sea más rentable que los combustibles clásicos o los alternativos.
Entonces, ¿por qué pila de combustible?
Reduce la dependencia energética y puede reducir el balance de emisiones, por ejemplo, generándolo con excedentes de electricidad. Se puede obtener de muchas fuentes y es potencialmente inagotable, mirad el Sol, que funciona con hidrógeno y va a estar en marcha varios millones de años más.
Su viabilidad está más en la cuerda floja que los coches eléctricos de baterías, porque tiene amenazas que superar: falta de competitividad en rentabilidad, seguridad, legislación inexistente, cómo lo almacenamos o transportamos, precaria madurez de la tecnología, falta de infraestructura y desconocimiento del consumidor.
Por otra parte, las baterías han de avanzar una salvajada para ser recargadas en el mismo tiempo que un tanque de hidrógeno, lo mismo para proporcionar más energía y durante más tiempo (potencia, autonomía). Sin embargo, a día de hoy, el coche eléctrico puro ya lleva ventaja, están a punto de llegar al gran público.
Se espera que hasta mediados de 2030 el hidrógeno siga siendo originario de fuentes no renovables o combustibles fósiles. Son muchos los desafíos que superar, pero lo que espera es realmente atractivo: combinar las ventajas del coche clásico, con el coche eléctrico, y sin depender de motores de combustión interna (como los híbridos).
Como la tracción es eléctrica, en este sentido son como los coches eléctricos: silenciosos, con mucho par a bajas revoluciones, rendimiento muy elevado, emisiones locales bajas o nulas, alta fiabilidad… El talón de Aquiles de la fiabilidad de la pila de combustible es la propia pila de combustible.
Varios coches con esta tecnología ya están rodando por el Mundo como parte de pruebas piloto. A lo largo de esta década irán apareciendo modelos para consumo masivo, a más tardar, en la década de 2020. Pese a todo lo dicho, su éxito tampoco está asegurado, como podéis ver, hay muchas cosas a considerar antes.
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