Pila de combustible de hidrógeno

La contaminación del automóvil

La contaminación es el principal aspecto a solucionar para hacer sostenible el automóvil, que contamina en su proceso de fabricación, durante el uso y al final de su vida útil. Se ha de tener en cuenta el ciclo completo para que sean efectivas las medidas anticontaminantes.

En este artículo vamos a tratar aspectos relacionados con el uso del automóvil.

Los motores térmicos emiten gases contaminantes, que se reducen o eliminan antes de salir al exterior. Son; monóxido de carbono (CO), hidrocarburos no quemados (HC), óxidos de nitrógeno (NOX) y otros más. El CO2 no es contaminante directo pero potencia el efecto invernadero. Si te interesa más información sobre los gases contaminantes de los motores térmicos (gasolina y diésel), en este enlace de mi blog la encontrarás;

http://autastec.com/blog/tecnologias-limpias/contaminacion-en-los-motores-de-gasolina-y-diesel/#more-302

En la sección del blog ”Tecnologías limpias”; hay artículos relacionados con el tema que nos ocupa, este es el enlace;

http://autastec.com/blog/category/tecnologias-limpias/

La pila de combustible de hidrógeno

Las principales alternativas de propulsión para reducir la contaminación son: mejorar y modificar los motores térmicos y sus complementos, propulsión híbrida, propulsión eléctrica y pila de combustible de hidrógeno. De todas estas la que más interesa a las marcas de automóviles y empresas de I + D + i colaboradoras es aquella que tenga más futuro y esta es, según las opiniones y estudios más objetivos y valorables, la pila de combustible de hidrógeno. Su difusión requiere colaboración entre todas las partes implicadas, pues se ha de generar una infraestructura costosa y compleja desde la producción a la distribución. Y de este hecho vienen las dificultades, pues técnicamente es ya prácticamente viable, es más, las marcas sacarán automóviles con pila de combustible al mercado en un plazo corto, “empujando” a los demás estamentos implicados a que hagan sus deberes. Los intereses que están en juego serán determinantes para el desarrollo y difusión de esta tecnología.

Funcionamiento del automóvil con pila de combustible

La animación siguiente reproduce el concepto de funcionamiento de la pila de combustible de hidrógeno. No entro en detalles técnicos pues es una tecnología en desarrollo y al final hay enlaces para complementar la información según te interese el tema:

    • Pila de combustible de hidrógeno; es el generador de electricidad a partir de oxígeno e hidrógeno
      • Por un sistema de escape se expulsan al exterior los residuos
    • Depósito de hidrógeno; en estado gaseoso a alta presión
      • Alimentación a la pila de combustible según la aceleración
    • Alimentación de oxígeno; contenido en el aire a través del filtro
    • Transmisión a las ruedas; puede ser una reducción sin necesidad de caja de cambios
    • Supervisor o control electrónico; gestiona la generación de electricidad en la pila de combustible y el tránsito de la energía
    • Motor eléctrico; es el encargado de mover las ruedas con la electricidad generada en la pila de combustible y gestionada por el supervisor
    • Baterías de propulsión; generalmente de ión – litio. Apoyan a la pila de combustible en aceleraciones, subidas y alimentan a los accesorios eléctricos de alto consumo. También pueden aportar una “reserva” si se agota el hidrógeno
    • Circuito eléctrico de propulsión; está conformado por cables y complementos de alta tensión
    • Sistema de refrigeración; para mantener la temperatura de los diferentes componentes
    • Se ve el proceso de funcionamiento de la pila de combustible:
      • Aire del exterior e hidrógeno del depósito llegan a la pila de combustible según la aceleración solicitada
      • El oxígeno del aire y el hidrógeno reaccionan generando electricidad, energía que alimenta al motor eléctrico a través del supervisor
      • La reacción entre el oxígeno e hidrógeno produce como residuo vapor de agua que se emite por el escape
      • Durante el funcionamiento el sistema de refrigeración interviene según las necesidades de funcionamiento y confort (calefacción/climatización)

El comportamiento y prestaciones en utilización habitual satisface las necesidades del conductor medio; autonomía de unos 500 km, repostaje en 4 minutos, velocidad máxima de más de 160 km/h, cinco plazas y maletero de tamaño normal.

La pila de combustible de hidrógeno parece ser la solución más eficiente y lógica para el automóvil, si se dispone de hidrogeneras para repostaje.

Historia de la pila de combustible

La pila de combustible de hidrógeno como idea lleva muchos años sobre la mesa, en los enlaces al final podrás conocer su historia. Como anticipo resaltar que su utilización aeroespacial ha sido determinante para llevar a cabo con éxito el desarrollo de estas actividades, en las que el coste no era un problema irresoluble.

En el automóvil ha habido intentos de aplicación en prácticamente todas las marcas, y empresas de I + D relacionadas con las tecnologías de propulsión. En la imagen que sigue se ven dos de estos prototipos, con la particularidad de que la tecnología de la pila de combustible o, con sus siglas en inglés FC (“Fuel Cell”; celda o célula de combustible), ocupaba todo el vehículo. Estas investigaciones de entonces no continuaron por las inversiones económicas necesarias y tiempo para su desarrollo. Habría hecho falta llegar a acuerdos con los estamentos solventes para financiar los proyectos, muchos de estos relacionados directa o indirectamente con el petróleo.

Pila de combustible de hidrógeno

La pila de combustible en el automóvil

Tras años de intentos y ceses en la I + D de la pila de combustible de hidrógeno en el automóvil, la necesidad imperiosa de hacer compatible el automóvil con el medio ambiente ha hecho buscar soluciones para sustituir al petróleo y sus derivados, y la pila de combustible es la mejor tecnología. Queda petróleo para más de 100 años y gas más del doble, por lo que la búsqueda de alternativas es, como he comentado, para reducir la contaminación del automóvil.

Las marcas de automóviles y las empresas de I + D colaboradoras están muy interesadas en llevar a buen término y pronto el automóvil con pila de combustible de hidrógeno, pues es considerada la tecnología del futuro y las inversiones que se hagan serán amortizadas.

Pero para que estos vehículos puedan circular deben existir las infraestructuras complementarias; fabricación del hidrógeno, distribución e hidrogeneras para repostar, además de preparar a la postventa.

El interés de las marcas es, por lo expuesto evidente, pero las administraciones y los grupos de poder y económicos han de colaborar y hay intereses encontrados, pues el hidrógeno como fuente de energía cambiará en gran manera la disposición de energía, no solamente para el automóvil, lo que afectará al entramado socioeconómico/macroeconómico que ahora conocemos.

Como muestra del interés de las marcas hay van unos ejemplos de prototipos ya operativos que podrían pasar a la serie casi de inmediato,… si hay infraestructuras.

Pila de combustible de hidrógeno

El Honda FCX Clarity tiene la particularidad de que la marca ofrece una estación generadora de hidrógeno doméstica, que permite desplazarse con este modelo en el entorno que su autonomía ofrece, unos 460 km.

Pila de combustible de hidrógeno

Estos son algunos de los modelos de I + D de las marcas, todas tienen sus estudios, análisis y ensayos.

Se están asociando grupos de marcas y empresas de I + D + i para ofrecer en unos años, hacia el 2015, automóviles con pila de combustible de hidrógeno y potenciando la disposición de la infraestructura necesaria, es decir están incitando a los estamentos relacionados a tomar decisiones de cara a un bien común y necesario.

Producción de hidrógeno

El hidrógeno es el elemento más difundido, pero en combinación con otros, por lo que ha de ser extraído.

Las fuentes más ricas en hidrógeno son; carbón, gas natural, derivados del petróleo y agua, además de otras posibilidades entre las que se encuentran determinadas algas. En los enlaces al final de este artículo hay información que puedes consultar.

Pila de combustible de hidrógeno

En cualquier caso hay que entender que lo primero es lograr que circulen automóviles con pila de combustible que no contaminen y, gradualmente, lo antes posible que la producción del hidrógeno sea totalmente limpia hasta lograr un ciclo completo sostenible.

Como referencia sobre la seguridad del hidrógeno comparado con otros combustibles es, al menos tanto o más seguro, en fabricación, distribución repostaje uso o accidente, según estudios comparativos contrastados y objetivos.

Otras alternativas del hidrógeno

Durante los años de I + D del hidrógeno como combustible para el automóvil se ha pasado por algunas soluciones, en la siguiente imagen se ven dos de estas:

    • Imagen izquierda; con metanol como combustible se equipa al automóvil para que extraiga el hidrógeno y alimente a la pila de combustible. Además de la complejidad técnica se emiten gases contaminantes residuales del metanol
    • Imágenes de la derecha; con la base de motores de gasolina se utiliza hidrógeno como combustible, funcionando de la misma manera que el motor de explosión y produciendo como gases residuales agua. Es un buen resultado, pero parece que mantener un motor con sus elementos internos de desgaste y rozamientos, además de la transmisión es un coste innecesario al compararlo con la pila de combustible de hidrógeno. En la imagen inferior derecha se ve un modelo con motor de 12 cilindros en V y en la superior con motor rotativo wankel

Pila de combustible de hidrógeno

Como resumen de este artículo; el futuro es del hidrógeno y el tiempo que falta hasta llegar a su disposición será complementado por alternativas transitorias, como la tecnología híbrida (motor térmico + eléctrico, ¿motor térmico + de aire comprimido?). El automóvil de propulsión eléctrica con baterías queda, de momento, para usos restringidos por su reducida autonomía a velocidad de carretera y tiempo de recarga. Tal vez las batería de nanotubos de carbono, ión – litio – aire u otra tecnología cambie algo sus expectativas, pero parece ser que será el hidrógeno el combustible protagonista de la energía del futuro.

El motor de agua

Hace muchos años en España se presentó el «motor de agua», que en realidad era de hidrógeno. Se probó en una motocicleta llenando el depósito con agua, el motor arrancaba y se desplazaba la motocicleta con eficacia. En realidad el agua pasaba por un sistema que extraía el hidrógeno que era el combustible que alimentaba al motor. Parece ser que era boro el elemento encargado de separar el hidrógeno. Esta solución, de ser viable supondría un inmenso avance para producir hidrógeno, ….. si fuese posible llevar a cabo las investigaciones.

En el enlace “El motor de agua de Arturo Éstevez” podrás ver este curioso vídeo.

 

Pila de combustible

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible

http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/cuadernos-energias-renovables-para-todos-hidrogeno-y-pila-de-combustible.pdf

http://www.forococheselectricos.com/search/label/Pila%20de%20combustible

http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random4991acdf34e12/1234284228_Energ_a_Hidr_geno_Pilas_Combustible_EC_06.pdf

 

Honda FCX Clarity

http://www.motorpasionfuturo.com/coches/coches-electricos/honda-fcx-clarity

 

Motor de agua de Arturo Estévez

 

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