Una pila de combustible de hidrógeno utiliza la energía química del hidrógeno para producir electricidad. Es una forma limpia de energía con electricidad, calor y agua como únicos productos y subproductos. Las celdas de combustible ofrecen una variedad de aplicaciones, desde transporte hasta energía de respaldo de emergencia, y pueden alimentar sistemas tan grandes como una planta de energía o tan pequeños como una computadora portátil.
Las pilas de combustible ofrecen ventajas sobre las tecnologías tradicionales basadas en la combustión, que incluyen una mayor eficiencia y menores emisiones. Dado que las celdas de combustible de hidrógeno solo emiten agua, no hay emisiones de dióxido de carbono ni otros contaminantes liberados a la atmósfera.
¿Cómo funciona la Pila de Hidrógeno de Combustible?
Las pilas de combustible de hidrógeno generan electricidad mediante una reacción química. Cada pila de combustible tiene dos electrodos; un ánodo negativo y un cátodo positivo. La reacción para producir la electricidad ocurre en estos electrodos, con un electrolito que lleva partículas cargadas eléctricamente entre ellos y un catalizador para acelerar las reacciones.
El hidrógeno actúa como combustible básico en una celda de combustible de hidrógeno, pero la celda también necesita oxígeno para funcionar. Una de las mayores ventajas de estas pilas de combustible es que generan electricidad con muy poca contaminación, ya que el hidrógeno y el oxígeno utilizados para generar la electricidad se combinan para producir agua como subproducto. Las células que utilizan hidrógeno puro como combustible están completamente libres de carbono.
Las pilas de combustible funcionan como baterías, pero, a diferencia de las baterías, no se agotan ni necesitan recargarse y pueden seguir produciendo electricidad mientras se suministra la fuente de combustible (en este caso, hidrógeno).
Al estar compuesto por un ánodo, un cátodo y una membrana de electrolito, no hay partes móviles en una celda de combustible, lo que hace que su funcionamiento sea silencioso y altamente confiable.
¿Son peligrosas?
El hidrógeno tiene el rango de inflamabilidad más alto y el punto de energía de ignición más bajo de cualquier combustible, lo que genera preocupaciones obvias sobre la seguridad de las celdas de combustible de hidrógeno. Sin embargo, a pesar de esto, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios de los Estados Unidos ha determinado que los vehículos eléctricos con pilas de combustible de hidrógeno y baterías no son más peligrosos que los vehículos tradicionales con motor de combustión.
Parte de la razón de esto es la velocidad a la que el hidrógeno se disipa en el aire. El hidrógeno se difunde directamente hacia el espacio a una velocidad de 20 mph, por lo que, siempre que no esté atrapado dentro de un contenedor o estructura el tiempo suficiente para acumularse en grandes cantidades, no debería ser demasiado peligroso.
El Almacenamiento del Hidrógeno
En los vehículos que montan este tipo de sistemas, el hidrógeno se guarda en tanques aislados que como norma general están fabricados enpolímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) ubicados en un armazón realizado en aluminio.
Deben ser suficientemente resistentes como para soportar grandes presiones y para ello suelen dividirse en varias unidades, de forma que, si se dañan, liberan el hidrógeno en lugar de explotar. Por lo tanto, son incluso más seguros que los tanques de gasolina ya que se elimina toda su capacidad de explosión.
Los tanques pueden almacenar alrededor de cinco kilogramos de hidrógeno y cada vehículo puede incluir hasta 4 o 5 unidades que almacenaran el hidrógeno a una presión entre 700 y 750 bares. Para tener una idea, con unos 20 kilos de hidrógeno, estos coches pueden realizar un recorrido de 500 km.
Figura 1 .- Un kilogramo de hidrógeno contiene el equivalente energético a 3,7 litros de gasolina.
El futuro del transporte
La demanda de un transporte más limpio es clara, con un aumento del 162% en las ventas de coches eléctricos a batería en el año hasta noviembre de 2020 en comparación con los 12 meses anteriores. Sin embargo, esto también significa que muchos fabricantes están invirtiendo en vehículos eléctricos en lugar de hidrógeno. Otra barrera para la adopción es la falta de infraestructura, con muy pocas estaciones de combustible de hidrógeno para que los conductores las utilicen como pueden con el reabastecimiento de gasolina y diésel.
A pesar de estas dificultades, existen varias razones por las que las pilas de combustible de hidrógeno podrían ser el futuro del transporte; entre otros, los beneficios medioambientales, los tiempos de repostaje en comparación con la carga de la batería y la abundancia de combustible.
Muchos fabricantes ya están considerando el hidrógeno como complemento de la energía eléctrica, que actualmente produce aproximadamente la misma cantidad de CO2 durante la vida útil de un vehículo (124 g / km para vehículos eléctricos y 120 g / km para pilas de combustible de hidrógeno). Sin embargo, el uso de biomasa para obtener hidrógeno podría hacer que las emisiones del ciclo de vida de los automóviles con celda de combustible cayeran a alrededor de 60 g / km de CO2; significativamente más bajo que el que se puede lograr con los vehículos eléctricos.
Sin embargo, para convertirse realmente en el futuro de la movilidad, las celdas de combustible de hidrógeno necesitan una inversión en la tecnología y la infraestructura de apoyo para permitir un reabastecimiento de combustible fácilmente disponible. Hasta que eso suceda, las pilas de combustible de hidrógeno no podrán competir con los vehículos eléctricos ni con la gasolina y el diésel.
