El hidrógeno: el futuro de la movilidad

El camión de hidrógeno de Nikola: Nikola Tre / Nikolamotor.com
El camión de hidrógeno de Nikola

La lucha contra el cambio climático y el calentamiento global son realidades conocidas. Ante esta situación solo tenemos dos opciones, cambiar el modelo energético actual o llevar a la Tierra a un punto de no retorno en el que los damnificados no solo seremos los humanos, sino todos los seres que habitan este pequeño punto azul. En este artículo nos centraremos en el hidrógeno como combustible.

Aquí vemos los distintos escenarios que contemplan los estudios que alertan sobre la subida de la temperatura y la progresión estimada de las emisiones de CO2 mundiales.

hidrogeno como combustible coches
Imagen exraída del informe: https://science2017.globalchange.gov/

Si seguimos con el crecimiento mundial, derivado del capitalismo actual, podríamos llegar a un incremento de temperatura de hasta 8.5ºC, algo totalmente devastador para el planeta Tierra tal y como lo conocemos hoy. Sin embargo, todo no son malas noticias, el ser humano tiene capacidad tecnológica y organizativa para revertir la situación y seguir desarrollándose de manera sostenible con el medio ambiente.

Actualmente el sector transporte en Europa supone el 24,3% de las emisiones totales de
efecto invernadero, una cifra en línea con la situación en España, donde las emisiones
derivadas de este sector son el 27% del total. En el gráfico, referido a España, podemos ver
además la evolución de los distintos sectores desde 1990, donde el sector transporte se ha
incrementado un 55%.

emisiones co2 hidrogeno como combustible coches
Imagen extraída de: http://www.energiaysociedad.es/asi-se-reparten-las-emisiones-de-co2-entre-los-principales-sectores-de-espana/

Hay diversas formas de modificar este modelo energético, desde la generación distribuida hasta la reducción del consumo individual o colectivo. En este artículo hablaremos de una medida
concreta, la inclusión del hidrógeno como combustible en el sector transporte. Puedes encontrar más datos y gráficos sobre la crisis climática y el transporte en nuestro primer editorial: ¿Por qué SOS Movilidad?

El hidrogeno como combustible

En muchos sentidos, podría considerarse el combustible perfecto. Es el más eficiente y el de combustión más limpia. Puede producir electricidad y esta, a su vez, puede generar más, creando así un bucle de energía renovable e inocua para el medio ambiente.

Cuando hablamos de vehículos, el hidrógeno puede servir de combustible de dos maneras: produciendo electricidad en una pila de combustible, que es la opción menos contaminante; o para emplearse en un motor de combustión interna, cuyas emisiones siguen siendo mucho más reducidas en comparación con otros combustibles.

Posee mayor energía de combustión por kilo que cualquier otro combustible, lo que se traduce en una mayor eficiencia por peso que la de los combustibles que se emplean en la actualidad. De hecho, ofrece de 2 a 3 veces más energía que la mayoría de los combustibles comunes. Se combina fácilmente con el oxígeno, liberando una considerable cantidad de energía en forma de calor.

A diferencia de los combustibles basados en el carbono, no produce subproductos nocivos con su combustión. Cuando se combina con el oxígeno en una pila de combustible de hidrógeno, solo se genera energía y agua limpia.

Este elemento (H2) se considera como la energía más atractiva para el futuro próximo debido a que su combustión no resulta contaminante. Cuando se combina con el oxígeno del aire, libera mucha energía, generando solamente vapor de agua como producto de la combustión. Puede almacenarse como gas a presión y como hidrógeno líquido o distribuirse mediante gasoductos. Es por esto que se considera que puede reemplazar al gas natural a medio-largo plazo. No produce gases de efecto invernadero en esta reacción, ofreciendo un gran potencial para reducir las emisiones de CO2 que se generan durante la combustión de sus precursores de origen fósil.

Este elemento prácticamente no se encuentra en estado libre en la Tierra, por lo que no es una energía primaria. Sin embargo, puede producirse mediante procesos químicos o bioquímicos. 

Podemos obtenerlo mediante dos procesos ya desarrollados y optimizados.

Mediante reformado catalítico:

El gas natural reacciona con vapor de agua sobre un catalizador de níquel a altas temperaturas
y presiones. Puesto que el gas natural contiene impurezas de azufre, se requiere una etapa
previa de eliminación de este contaminante. La corriente limpia de metano se hace reaccionar
después en un reactor al que se incorpora un catalizador de níquel. El gas de salida es rico en
en esta sustancia, pero contiene una cierta proporción de monóxido de carbono, que a su vez
haremos reaccionar de nuevo para eliminarlo. El gas resultante tiene un contenido elevado de
este elemento, al igual que de dióxido de carbono. En las plantas modernas de producción se
incorporan unidades de purificación mediante compresión/adsorción/desorción que permiten
alcanzar este elemento en un estado muy puro.

Mediante electrólisis del agua:

La electrólisis del agua es la descomposición del agua (H2O) en los gases oxígeno(O2 ) e
hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica continua, por una fuente de alimentación,
una batería o una pila de hidrógeno, que se conecta mediante electrodos al agua. Para disminuir la resistencia al paso de corriente a través del agua esta se suele acidular añadiendo pequeñas alícuotas de ácido sulfúrico o bien añadiendo un electrolito fuerte como el hidróxido de sodio, NaOH.

Conviene señalar el hecho de que esta sustancia producida por electrolisis es del orden de 49-
56 kWh por cada Kg de hidrógeno, lo que resulta más caro que su equivalencia obtenida por reformado del gas natural.

enlace de hidrogeno electrolisis

De entre estas dos formas de obtención la más conveniente para la descarbonización del
planeta
es la electrólisis, combianda con el aporte de energía eléctrica a partir de fuentes renovables. Otra de sus grandes ventajas es que puede ser almacenado con garantías, esto podría ser muy útil para aprovechar los excedentes energéticos que muchas veces hay en el sistema producidos por las energías renovables.

La capacidad de almacenar estos excedentes, desaprovechados actualmente y llegando incluso a la parada de las plantas que los producen, representa un gran potencial. Con la llegada de esta tecnología, podríamos seguir produciendo energía en las plantas de energías renovables, que luego convertiríamos en energía eléctrica limpia para utilizar cuando las condiciones climatológicas no permitan esta producción.

El coche de hidrogeno y sus posibilidades en el transporte

La inclusión de este elemento en el sector transporte ya es un hecho, y se observa su aumento sobre todo en el transporte terrestre.

Su funcionamiento es muy sencillo: los vehículos incluyen una pila de combustible que al añadirle hidrógeno y oxígeno genera energía eléctrica. Esta energía es llevada a baterías que nutren el motor eléctrico, produciendo únicamente como residuo vapor de agua. Esta tecnología esta siendo desarrollada por muchas marcas como Hyundai, Honda, Tesla o Toyota.

Pila de combustible
Estructura de un coche con Pila de Combustible

Haremos un repaso de las ventajas e inconvenientes para discernir si de verdad es factible el
uso de esta tecnología.

VENTAJAS

Autonomía del vehículo: Los vehículos terrestres que están en el mercado actualmente tienen una buena autonomía con respecto a sus “primos” eléctricos, llegando hasta los 778 km que ofrece el Hyundai Nexo.

Tiempo de recarga: Una pila de combustible necesita alrededor de 5 minutos para llenar sus tanques mientras que los coches eléctricos pueden necesitar una media hora a carga rápida para llenar sus baterías.

INCONVENIENTES

Suministro: El principal problema de los coches de hidrógeno y otros vehículos utilitarios es la ausencia de hidrogeneras o puntos de recarga. En España contamos con solo 6 estaciones, aunque hay países que están apostando por ellas, como Francia o Alemania, impulsadas por sus respectivos gobiernos ya que la instalación de las mismas tiene un coste muy elevado.

¿Es conveniente adquirir un vehículo de pila de hidrógeno? A nuestro parecer no, sobre todo en España, aunque en un futuro no muy lejano podría ser factible. Por otro lado, aunque no invirtamos aún en un vehículo utilitario doméstico, uno de los mayores nichos de mercado podría ser el transporte de mercancías o autobuses. Numerosas marcas están comercializando y fabricando estos vehículos con la disminución de emisiones que supondrá la sustitución de los mismos por los de combustión interna.

Como conclusión podemos decir que este campo aún está en proceso de maduración. La
inversión de los gobiernos y las marcas automovilísticas determinarán el desarrollo de esta
tecnología. Sin embargo, nos conviene tener en cuenta el hidrógeno como combustible ya que en un futuro próximo contribuirá en buena medida a alcanzar un mix energético sostenible en el sector de la movilidad.

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Javier Carnicero Arcos
Ingeniero en Tecnologías de la Energía por la Universidad de Sevilla. Colaborador de Fridays for Future y apasionado del desarrollo sostenible.
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