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Pila de combustible

La eterna promesa

Pila de combustible

Desde que a finales de 1966 General Motors realizase el Electrovan, uno de los primeros vehículos impulsados por pila de hidrógeno, gracias al desafío que lanzó el presidente americano Kennedy, hemos estado escuchando de manera recurrente que era el futuro de la automoción. A día de hoy, más de 50 años después, aunque hay algún coche de producción como el Mirai de Toyota, la pila de hidrógeno no se impone como solución de futuro, al menos, en los vehículos de gran volumen.

También debemos mencionar el Honda Clarity y el Hyundai Tucson FCEV, en los tres casos son coches muy caros -en torno a los 60.000 euros- que se fabrican al goteo y apenas están en manos de particulares. Esos problemas, sumados a los de una infraestructura dedicada de repostaje casi inexistente fuera de unos cuantos lugares concretos, no los hacen precisamente atractivos para el gran público.

Veamos cómo funciona para entenderlo mejor.

Qué es una pila de combustible

Básicamente es un dispositivo que, gracias a un combustible y un oxidante, se genera una reacción química de oxidación en el ánodo que libera electrones, que pasan a través del electrolito, se recombinan en el cátodo mediante la reducción y, por tanto, produce electricidad. Para hacerlo fácil, podemos decir que entran dos elementos químicos, y como resultado obtenemos electricidad y otro elemento químico. En el caso de los vehículos, entra Hidrógeno (H2) y aire (O2), que reacciona a través de un electrolito para entregar electricidad y agua (H2O).

Los vehículos de pila de combustible son eléctricos, solo que en vez de acumular toda la energía obtenida desde una fuente externa (enchufe o placa solar) la generan a bordo con un combustible que hará falta repostar. Tienen una evidente ventaja en autonomía, pues hacen más kilómetros por cada “recarga” y eso lleva escasos minutos. Por contra, tienen la evidente desventaja de que necesitan hidrógeno de una elevadísima pureza, de lo contrario se contaminan los delicados y carísimos materiales que conforman las pilas.

Para entenderlo mejor, os dejo un video bastante explicativo sobre las pilas de hidrógeno:

Tipos de pilas de combustible

Según el combustible empleado, pueden ser de hidrógeno, metanol, etanol o glucosa. En el caso de los vehículos, el combustible más usual es el hidrógeno; pero la clasificación más usual es según el electrolito empleado.

  • Pilas de combustible con membranas PEM (Proton Exchange Membrane): Estas son las más empleadas en automoción (DuPont suele fabricar la membrana), debido fundamentalmente a que funcionan a baja temperatura, esto es, entre 60 y 80 ºC. Las cargas en movimiento son los iones H+
  • Pilas de combustible AFC (Alkaline Fuel Cells): En este caso funcionan a mayor temperatura, que ronda los 120 ºC. En este caso las cargas que atraviesan el catalizador son los iones OH
  • Pilas de combustible PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cells): Funcionan a alta temperatura, del orden de 220 ºC, utilizan ácido fosfórico como electrolito, y las cargas en movimiento son H+
  • Pilas de combustible MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells): Estas son las empleadas en grandes centrales de generación eléctrica. Funcionan a muy alta temperatura, entre 600 y 700 ºC, y las cargas en movimiento son CO32-
  • Pilas de combustible SOFC (Solid Oxide Fuel Cells): Muy similares a las anteriores, funcionan entre 600 y 1.000 ºC, y se utilizan en grandes instalaciones como recuperadores de calor. Las cargas en movimiento son los iones O2-. Nissan presentó este año un prototipo de e-NV200 alimentado por una pila SOFC de bioetanol

El uso de hidrógeno garantiza las emisiones más limpias, solo vapor de agua

La aplicación en vehículos

¿Y cómo aplicamos esto a un vehículo? Pues lo cierto es que ha cambiado bastante desde que GM lanzase su Electrovan. Los componentes se han simplificado y miniaturizado de  tal manera, que su empaquetado ya cabe casi en cualquier plataforma. Por lo general, un vehículo de pila de hidrógeno, es básicamente un vehículo eléctrico, muchos componentes son comunes a los modelos a baterías. En general, consta de las siguientes partes:

  • Depósitos de combustible (hidrógeno)
  • Pila de hidrógeno
  • Baterías de reserva
  • Uno o varios motores eléctricos

El combustible pasa junto al aire, por la pila de hidrógeno, y genera electricidad y agua. Esto carga la batería de reserva e impulsa el vehículo a través de los motores eléctricos.

Como comprenderéis, quien roba más espacio son los depósitos de hidrógeno, ya que son bombonas a presión, que deben mantener el gas en estado líquido para minimizar el volumen que ocupa.  A lo largo de la evolución del coche de pila de hidrógeno, han sido el gran quebradero de cabeza de los diseñadores. El hidrógeno comprimido tiene muy poca densidad por unidad de masa (pesa muy poco) pero ocupa mucho espacio al tener poca densidad por unidad de volumen.

Rellenar sus tanques no lleva más tiempo que un repostaje de gasolina. Eso sí, aunque ya posee unos niveles de seguridad muy altos, manejar hidrógeno continua siendo algo peligroso… y raro. ¿Alguien ha visto alguna hidrogenera? Y esto nos lleva a la siguiente cuestión: ¿por qué no ha triunfado esta tecnología?

El futuro

Aún habiendo invertido mas de 2.500 millones de dólares, 50 años de esfuerzo y haber realizado más de 5 millones de kilómetros en condiciones reales en el caso de General Motors, no termina de despegar. Y dos son los factores fundamentales que impiden su despegue: el desarrollo de la infraestructura de repostaje es muy escaso y el precio de los componentes, y por tanto, de los vehículos, es muy alto.

Chevrolet Colorado ZH2

Si a esto le sumamos que el coche eléctrico está madurando muy rápido, y bajando su precio, me da la sensación de que los coches de hidrógeno son el equivalente a los vídeos Betamax de los años 70-80: han fracasado antes de nacer…aunque no del todo. Parece que hay nichos donde sí pueden ser muy interesantes, como es el de las aplicaciones militares (véase el ZH2 de GM) o el transporte pesado, tanto de pasajeros (el Toyota H2, creado para los juegos olímpicos de Tokio de 2020) como de mercancías (Nikola One, Renault Maxity).

En cualquier caso, triunfe o no, debemos agradecer el esfuerzo de I+D que realizan algunas compañías como GM, para llevarnos a la siguiente generación de vehículos no contaminantes.

Los fabricantes creen que será una tecnología que convivirá con los eléctricos puros en un futuro en que los combustibles fósiles hayan perdido el protagonismo, es decir, más allá de 2030. La pila de combustible tiene más sentido en vehículos de mayor tamaño o que vayan a recorrer mayores distancias, mientras que los eléctricos puros son más adecuados para distancias cortas o medias. Son, por tanto, tecnologías complementarias, una no sustituye a la otra.

Este obra, cuyo autor soy yo mismo, se publicó el 16 de diciembre de 2016 bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons.

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Sobre mí

Pablo Mayo

Ingeniero de profesión, la mayor pasión de mi vida son los coches desde que era un chaval. El olor a aceite, gasolina, neumático...hace que todos mis sentidos despierten. Ahora embarcado en esta nueva aventura, espero que llegue a buen puerto con vuestra ayuda. Gracias por estar ahí.

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