¿Pueden las pilas de combustible de hidrógeno superar a las baterías de vehículos eléctricos como fuente de energía del futuro?

Existe un consenso cada vez mayor en la industria automotriz de que el futuro del transporte terrestre es la propulsión eléctrica. Sin embargo, a medida que la movilidad eléctrica reaparece como concepto (no olvidemos que en los albores de la era del automóvil, el ICE y los coches eléctricos coexistían), surge un debate sobre cómo suministrar electricidad al motor eléctrico. La primera opción es utilizar paquetes de baterías a bordo del coche, claramente la opción más popular hoy en día. Sin embargo, hay otra forma en las pilas de combustible de hidrógeno.

¿Qué es una pila de combustible?

Al darse cuenta del bajo contenido de energía que tiene la tecnología de batería actual, algunos sugirieron un enfoque diferente. Producir electricidad a bordo del coche sin necesidad de baterías pesadas y voluminosas. La tecnología no es realmente nueva, ya que la NASA la utilizó por primera vez en los años 60 para generar electricidad en las misiones Gemini y Apollo a la Luna. Existen diferentes tipos de pilas de combustible, pero en la industria automovilística se utilizan casi exclusivamente pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC).

Entonces, ¿cómo producimos electricidad en una pila de combustible? Es un proceso relativamente sencillo. La pila de combustible tiene tres partes principales. El ánodo, el cátodo y el separador. En el ánodo, el H2 se alimenta desde un tanque. El H2 está compuesto por dos electrones y dos protones. Los protones cargados positivamente pasan a través del separador mientras que los electrones cargados negativamente viajan a través de un circuito externo creando así una corriente eléctrica.

En el cátodo, el oxígeno del aire atmosférico se encuentra con los protones del hidrógeno, que previamente han pasado por el separador, y con los electrones del circuito externo. Esta combinación crea agua que luego es expulsada por el tubo de escape del coche. ¡Un tubo de escape del que puedes beber!

producción de hidrógeno

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo pero no está disponible en forma libre en la Tierra. Esto significa que tenemos que encontrar una manera de adquirirlo. Actualmente existen 3+1 formas de producir hidrógeno.

El hidrógeno gris, como se le llama, se produce mediante el reformado con vapor de gas natural. El gas natural se bombardea con vapor de agua muy caliente y a alta presión. Esta reacción crea H2 y CO2. Esta forma de producir hidrógeno es la menos respetuosa con el medio ambiente.

El hidrógeno azul se parece mucho al hidrógeno gris, excepto que los sistemas de captura y almacenamiento de carbono (CCS) están integrados en el proceso de producción, evitando que el CO₂ liberado llegue a la atmósfera.

La tercera ruta de producción es la electrólisis, que genera hidrógeno verde. Este método funciona al revés que una pila de combustible: una corriente eléctrica divide las moléculas de agua en sus gases constituyentes: hidrógeno y oxígeno.

El enfoque “+1” se conoce como hidrógeno turquesa. En esta técnica, el gas natural se conduce a través de un baño de metal fundido, produciendo hidrógeno y carbono sólido. Si bien el concepto parece prometedor, aún no ha alcanzado su implementación a escala comercial.

De las opciones existentes, el hidrógeno verde es el más prometedor para una producción sostenible y de bajo impacto, siempre que la electricidad que impulsa el proceso provenga de fuentes renovables como la energía eólica o solar.

Estados de hidrógeno

Hay dos posibles estados del hidrógeno a utilizar. Forma gaseosa y líquida, las cuales tienen sus ventajas e inconvenientes.

Como el hidrógeno es el elemento menos denso del universo, para utilizarlo en un automóvil hay que comprimirlo seriamente. En las aplicaciones actuales, el hidrógeno se comprime a 700 bares. Esto supone mucha presión y para ello se necesitan tanques especiales y caros.

La otra alternativa es la forma líquida. Pero para licuar el hidrógeno hay que enfriarlo a 20°C por encima del cero absoluto, es decir, -253°C. Es obvio que para lograr ambas formas de hidrógeno necesitamos usar energía, ya sea para una compresión súper alta o para enfriamiento.

Sin embargo, la ventaja de utilizar hidrógeno es enorme: 1 kg de hidrógeno transporta 33,3 kWh de energía. ¡Esto significa que transporta 167 veces más energía por kg que la batería actual más avanzada!

Baterías versus hidrógeno

Entonces, ¿cuál es la forma más preferida? ¿Llevar su electricidad o producirla a bordo del coche? La industria automotriz parece favorecer los paquetes de baterías en este momento por varias razones.

En primer lugar, la eficiencia de PEMFC ronda el 60%. El reformado con vapor de gas natural tiene una eficiencia del 70%, mientras que la electrólisis tiene una eficiencia del 75%. La compresión del hidrógeno tiene una eficiencia de alrededor del 89%, mientras que su licuación tiene una eficiencia de alrededor del 66%. En la siguiente tabla se resumen y comparan todas las pérdidas entre los paquetes de baterías y el hidrógeno. Para el hidrógeno se han utilizado los escenarios más eficientes.

Los datos derivados de la tabla anterior indican que la tecnología de celdas de combustible produce un perfil de eficiencia casi idéntico al de los vehículos de gasolina con motor de combustión interna (ICE). Dada la situación actual, la instalación de pilas de combustible en los turismos ofrece pocas ventajas prácticas. En consecuencia, la mayoría de los fabricantes de automóviles prefieren el enfoque del paquete de baterías, a pesar de sus limitaciones inherentes.

También cabe destacar que recorrer una distancia equivalente supone unos costes de repostaje de hidrógeno entre siete y ocho veces superiores a los de recargar un vehículo eléctrico en casa. Si bien el hidrógeno puede encontrar un nicho en el transporte pesado debido a su excepcional densidad energética, este potencial depende del desarrollo de métodos sostenibles para su producción.