Todavía no se puede comprar un coche de hidrógeno. Sin embargo, si vive en California, puede alquilar uno. No sorbe gasolina. No contamina el aire. El escape es solo vapor. El combustible misterioso es el hidrógeno. Este es el elemento más simple y abundante del universo. Algunos expertos creen que dentro de 20 a 30 años todos conduciremos estos vehículos de bajo consumo de combustible.
La idea no es nueva. La tecnología para utilizar hidrógeno para generar energía se remonta a la primera parte del siglo XIX. Es más antiguo que el propio automóvil. Lo nuevo es ver un coche propulsado por hidrógeno en las carreteras. Sale vapor del tubo de escape en lugar de gases malolientes. Hoy en día existen varios coches de hidrógeno. La mayoría son autos conceptuales. Estas máquinas de conducción ecológicas incluyen la Chevrolet Equinox. El BMW 745h es otro ejemplo. El Honda FCX es el que actualmente está disponible para arrendamiento en California.
Lo que hace posible un coche de hidrógeno es una pila de combustible. Convierte el hidrógeno en electricidad. Los únicos subproductos son el calor y el agua. Al no ser contaminante, el hidrógeno parece el combustible ideal para el siglo XXI. Mucha gente en el gobierno y en la industria automotriz está entusiasmada con su potencial. Los coches de hidrógeno tienen el potencial de ser eficientes en el consumo de combustible. Ofrecen la esperanza de una conducción ecológica y ecológica.
“A menos que viva en partes muy específicas del país y tenga los bolsillos llenos de dinero en efectivo, no espere un automóvil de hidrógeno en su camino de entrada en la próxima década”.
Todavía quedan muchos problemas por superar. Es necesario responder algunas preguntas antes de que el hidrógeno se convierta en el combustible preferido. Tiene que marcar una gran diferencia en nuestro uso actual de combustibles fósiles. Por ejemplo, ¿de dónde sacaremos el hidrógeno? ¿Qué tan caro será comprar estos automóviles de bajo consumo de combustible? ¿Podrás encontrar una estación de servicio de hidrógeno para recargar tu tanque? Y quizás lo más importante, como combustible, ¿es el hidrógeno realmente tan no contaminante como parece?
Examinaremos esas preguntas en las páginas siguientes. Pero podemos darle una respuesta rápida ahora mismo. A menos que viva en partes muy específicas del país y tenga los bolsillos llenos de dinero en efectivo, no espere un automóvil de hidrógeno en la entrada de su casa en la próxima década.
Pilas de combustible de hidrógeno
Sir William Robert Grove no inventó simplemente un dispositivo. Revirtió la física. En 1839, el científico galés tomó la electrólisis (el proceso de utilizar electricidad para dividir el agua en hidrógeno) y le dio la vuelta. Creó la electricidad y el agua a partir del hidrógeno. Lo llamó batería voltaica de gas. Lo llamamos pila de combustible de hidrógeno.
Décadas más tarde, Francis Bacon perfeccionó la tecnología. Esta invención es el corazón del vehículo de hidrógeno moderno.
De las cápsulas espaciales a las calles de la ciudad
General Electric construyó el primer sistema práctico a principios de los años 1960. Impulsaba cápsulas espaciales orbitales. En la década de 1990, los autobuses urbanos utilizaban pilas de combustible. La viabilidad no era una suposición. Estaba demostrado.
Piense en una pila de combustible como una batería con un problema de ego. Una batería contiene su combustible en su interior. Es necesario recargar una pila de combustible. Su combustible es el hidrógeno. Es el elemento más simple. Un electrón. Un protón.
La célula genera energía quitando electrones de los protones. Esos electrones fluyen como una corriente pura. Los átomos de hidrógeno ionizados se encuentran con el oxígeno. Forman agua. El calor es el otro subproducto. Esa agua normalmente sale en forma de vapor.
Cero emisiones de escape. Conduces, exhalas vapor.
La mecánica de PEM
Los automóviles utilizan un tipo específico de celda. La pila de combustible de membrana de intercambio de polímeros. Es ligero. Es pequeño.
Tiene dos electrodos. Un ánodo cargado negativamente. Un cátodo cargado positivamente. Un catalizador. Y una membrana.
El hidrógeno entra como moléculas de H2. Dos átomos de hidrógeno encadenados. El catalizador en el ánodo rompe el enlace. Obtienes iones de hidrógeno (protones) y electrones. Los iones atraviesan la membrana. Los electrones no pueden. Tienen que dar vueltas.
Ese desvío es el poder. Aprovechas ese flujo para hacer el trabajo.
El oxígeno entra por el cátodo. Allí se reúnen los protones y los electrones. Se unen con el oxígeno. Se forma agua. La mayor parte se convierte en escape.
Las celdas son planas. Delgado. Se apilan. Más celdas en la pila significan un voltaje más alto. Matemáticas sencillas.
La iniciativa Freedom Fuel
Muchos asumieron que los vehículos de bajo consumo de combustible, como los propulsados por hidrógeno, eran la respuesta a las demandas energéticas del siglo XXI. En 2003, el presidente George W. Bush señaló esta creencia. Anunció una iniciativa Freedom Fuel de 1.200 millones de dólares.
¿El objetivo? Apoyar el desarrollo de pilas de combustible.
Hay dos ventajas principales sobre los combustibles fósiles. En primer lugar, el petróleo no se agota. Conservamos los suministros existentes. Reducimos la dependencia del petróleo extranjero.
En segundo lugar, la contaminación cae a cero. Los únicos subproductos son el calor y el agua. Las emisiones de carbono de los automóviles están relacionadas con el calentamiento global. Las pilas de combustible no se suman a esa pila.
En la página siguiente, veremos la producción. Cómo se construyen estos coches. Y lo que es más importante, de dónde procede el hidrógeno.
Fabricar un automóvil de hidrógeno no es una ciencia espacial. Es apenas diferente de construir un vehículo estándar con motor de combustión interna. La transmisión y la arquitectura eléctrica se ven afectadas, por supuesto. Una pila de pilas de combustible genera electricidad en lugar de quemar gas. Eso significa que el tren motriz comparte más ADN con un vehículo eléctrico de batería que con un sedán tradicional.
El verdadero cuello de botella no son las líneas de montaje. Es el combustible mismo.
El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Constituye alrededor del 90 por ciento de todos los átomos. Uno pensaría que extraerlo sería trivial. Piensa de nuevo. También es el elemento más ligero que existe. El hidrógeno libre en la superficie de la Tierra no permanece quieto. Se aleja flotando hacia el espacio exterior. Lo que queda en el planeta está encerrado. Más comúnmente en moléculas de agua (H2O). El agua cubre la superficie de este planeta. Mucho.
Entonces, ¿cómo dividimos esas moléculas de H2O? ¿O buscamos una fuente en otra parte?
El método de la electrólisis
El camino más sencillo se remonta a más de 150 años, hasta Sir William Grove. Electrólisis. Se pasa una corriente eléctrica a través del agua y las moléculas de H2O se rompen. El proceso refleja una pila de combustible al revés. Utiliza un ánodo y un cátodo, normalmente fabricados a partir de metales inertes.
Cuando la corriente llega al agua:
– El hidrógeno se acumula en el cátodo.
– El oxígeno se acumula en el ánodo.
Es lento. Pero escala. Puedes hacer esto a nivel industrial. Está limpio si la electricidad es limpia.
El atajo del gas natural
Hay otra manera. Gas natural. Está lleno de hidrocarburos. La reforma con vapor extrae el hidrógeno de ese gas y deja atrás el carbono. Este es actualmente el método dominante para la producción de hidrógeno a escala industrial. Probablemente será el primer método utilizado para alimentar la ola inicial de vehículos de pila de combustible.
Aquí está el truco. La reforma con vapor depende de combustibles fósiles. Si el objetivo es dejar de quemar combustibles fósiles, utilizar gas natural para producir hidrógeno es irónico. Podría decirse que es la peor fuente posible de combustible “verde”.
Plantas del tamaño de un garaje y automóviles impulsados por agua
Algunos expertos sueñan con plantas de hidrógeno en miniatura. Los que caben en tu garaje. No necesitarías visitar una estación de servicio. Simplemente llenarías en casa.
El extremo de esta idea sugiere realizar electrólisis dentro del propio automóvil. Un coche que corre sobre el agua. Suena a ciencia ficción. Pero requiere poder. La electricidad para la electrólisis tiene que venir de alguna parte. Una batería. Por lo tanto, un automóvil impulsado por agua aún necesitaría recargarse periódicamente. No es una máquina de movimiento perpetuo. Simplemente se trata de trasladar la fuente de energía del surtidor de una gasolinera a un tomacorriente de pared.
El camino por delante
¿Son estas máquinas de conducción ecológicas el futuro? Muchos así lo esperan. Pero el camino hacia un mundo impulsado por hidrógeno está lleno de obstáculos potenciales. Costos de producción. Brechas de infraestructura. Pérdidas de eficiencia.
A continuación veremos esos reveses.
Contratiempos del coche de hidrógeno
Todavía se oye el revuelo. Las pilas de combustible de hidrógeno a menudo se presentan como el santo grial del transporte limpio. Suena limpio. Suena eficiente. Suena como el futuro. Pero la realidad es más complicada. Estamos a décadas de ver que estos vehículos dominen las carreteras. Los obstáculos no son sólo técnicos. Son económicos, logísticos y, francamente, un poco embarazosos para los defensores de la tecnología.
Podemos dividir los contratiempos en tres grupos. El primero es el dinero. Mucho. El segundo es la física del almacenamiento de un gas que se niega a quedarse quieto. Y la tercera es la incómoda verdad sobre de dónde proviene realmente ese hidrógeno.
La pesadilla de la infraestructura y el precio
Hablemos de dólares. Si compraras un vehículo de hidrógeno hoy, no tendrías dónde ponerle combustible.
La infraestructura de repostaje es prácticamente inexistente. California es la excepción. El gobernador Arnold Schwarzenegger presionó mucho para lograr esto en su día, por lo que encontrará estaciones allí. ¿En otra parte? Intente encontrar un dispensador. Es como buscar una aguja en un pajar.
Construir esa red no es barato. Las estimaciones pesimistas cifran el coste de una infraestructura a nivel nacional en 500.000 millones de dólares. Y ese no es un proyecto de fin de semana. Podrían ser necesarias cuatro décadas para hacerlo bien.
Luego está el coche en sí.
Las pilas de combustible dependen del platino como catalizador. El platino es caro. Muy caro. Un solo vehículo cuesta más de 100.000 dólares. Algunas estimaciones van incluso más allá. Por eso no los compras. Tú los alquilas. Y sólo en mercados selectos. El comprador medio no puede permitirse esto.
Los investigadores buscan catalizadores más baratos. Sabemos que existen en los laboratorios. Nadie sabe cuándo ampliarán su producción en masa. Hasta entonces, el precio sigue siendo una barrera.
El problema de la física del almacenamiento
El hidrógeno es un gas. Se expande. Quiere llenar cada centímetro cúbico disponible. Comprimirlo en un tanque para un automóvil es un dolor de cabeza para la ingeniería.
Pero hay un problema térmico que la mayoría de la gente pasa por alto. Cuando el hidrógeno se deposita en el tanque de un automóvil estacionado, se calienta. El gas se expande. La presión aumenta. El tanque tiene que ventilar el exceso de hidrógeno para evitar su ruptura.
¿Dejar el coche parado unos días? Es posible que encuentres el tanque vacío. Todo ese combustible se filtró porque la física de la expansión térmica lo obligó a escapar. Eso no es sólo ineficiente. Es un peligro para la seguridad.
El hidrógeno es altamente inflamable. ¿Recuerda el desastre del Hindenburg en los años 1930? Esa explosión probablemente fue un incendio de hidrógeno. Es un miedo válido.
Sin embargo, hay un lado positivo. Los incendios de hidrógeno arden a menor temperatura que los de gasolina. Es menos probable que provoquen explosiones secundarias. Y como el hidrógeno es más ligero que el aire, asciende. Si se escapa, se aleja flotando rápidamente. No se acumula en el suelo como la gasolina. Por tanto, el riesgo de una explosión a nivel del suelo es menor. Pero el peligro de una fuga sigue siendo un desafío de ingeniería persistente.
La paradoja de la contaminación
Aquí está el truco. ¿Es el hidrógeno realmente no contaminante?
El tubo de escape dice que sí. Las únicas emisiones de una pila de combustible son calor y agua. Limpio. Puro. Hermoso.
Pero mira la fuente. El hidrógeno tiene que producirse en alguna parte.
La mayor parte del hidrógeno proviene del gas natural. Este proceso, llamado reformado de metano con vapor, libera dióxido de carbono. Estamos utilizando un combustible fósil para crear un combustible “limpio”. Derrota el propósito.
Luego está la electrólisis. División de moléculas de agua mediante electricidad. Si esa electricidad proviene de una central eléctrica alimentada con carbón, simplemente estás transfiriendo la contaminación del automóvil a la red eléctrica. No lo estás eliminando. Simplemente lo estás moviendo.
Las emisiones del ciclo de vida son importantes. Si la energía para producir el combustible está sucia, el combustible está sucio.
La alternativa híbrida
Los optimistas dicen que resolveremos estos problemas. Dicen que la infraestructura vendrá. Los costos bajarán. El almacenamiento se estabilizará.
Pero el cronograma es largo. Décadas, no años.
Mientras tanto, tenemos mejores opciones para una eficiencia inmediata. Los vehículos eléctricos híbridos ya están aquí. Ellos funcionan. Son asequibles. Puedes comprarlos hoy.
El Toyota Prius. El Ford Fusion Híbrido. Estos coches no requieren una nueva infraestructura. No dependen de metales raros como el platino a precios prohibitivos. No pierden combustible a la atmósfera debido a la expansión térmica.
Por ahora, los híbridos son la opción pragmática. El hidrógeno podría seguir siendo el objetivo en un futuro lejano. Pero el camino hacia allí está bloqueado por la física, la política y la economía pura.
Seguimos esperando el amanecer del hidrógeno. Podría llegar. Pero el sol sale primero en otros lugares.
