Coches de hidrógeno: ¿cómo funcionan?

Las posibilidades del hidrógeno como fuente de energía se conocen desde hace mucho tiempo. Descubierto por Henry Cavendish (1766) y bautizado por Antoine Lavoisier, el hidrógeno es una alternativa ecológica a los combustibles fósiles. En este sentido, los coches de hidrógeno hoy en día son una realidad en cuanto a movilidad eco, en el mundo. Sin embargo, el coste de los mismos es demasiado alto y no hay una infraestructura robusta y extendida de hidrogeneras para repostar.

En los coches de hidrógeno se transforma la reacción química del hidrógeno con el oxígeno del aire en energía eléctrica, empleando una pila de combustible. Por lo tanto, los vehículos de hidrógeno son realmente coches eléctricos, ya que es la energía eléctrica la que finalmente terminará de mover el coche, a través de un motor eléctrico.

Partes principales que componen los coches de hidrógeno

Ya habíamos adelantado que los coches de hidrógeno son coches eléctricos. Por lo tanto, comparten en común una carrocería, la mecánica de la dirección, transmisiones, motor eléctrico, inversor y batería.

Los coches eléctricos tienen baterías de alta capacidad de almacenamiento de energía, pero los vehículos de hidrógeno solo requieren baterías auxiliares más pequeñas. Los únicos componentes que son exclusivos de los coches de hidrógeno son básicamente las pilas de combustible y el tanque de hidrógeno. Estos componentes son los que le permiten una movilidad sostenible y ecológica, representando el futuro de la movilidad en general.

¿Cómo funcionan las pilas de combustible de los coches de hidrógeno?

Las pilas de combustible de los coches de hidrógeno son generadores de energía eléctrica de tipo continua (DC). Por un extremo de estas entra el hidrógeno puro y por el otro, aire a presión. Ambos gases reaccionan químicamente, generando energía eléctrica y agua. La energía eléctrica se recoge en dos electrodos.

Las pilas están compuestas de muchas celdas de hidrógeno, las cuales son las unidades más básicas. El voltaje máximo de una celda de hidrógeno está por el orden de 1 voltio. Por lo tanto, se necesitan conectar en serie 100 o 200 de ellas, para formar una pila de combustible de 100 o 200 voltios.

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En las celdas de hidrógeno se identifican 4 partes fundamentales: ánodo, cátodo, electrolito y catalizadores. El ánodo (electrodo negativo) es el extremo por donde entra el hidrógeno a presión, y el cátodo (electrodo positivo) es por donde entra el oxígeno. Por otra parte, los catalizadores están compuestos de una fina capa de nanopartículas de platino, y se encuentran en el ánodo y en el cátodo. Finalmente, el electrolito es un material especial o membrana que solo conduce iones positivos de hidrógeno (protones) desde el ánodo hasta el cátodo.

Tanques de hidrógeno de los coches de hidrógeno

La movilidad eco de un vehículo de hidrógeno requiere de 4 o 5 kg de hidrógeno. Para cargar con 5 kilos un tanque de hidrógeno de un vehículo se necesita comprimir este gas a 700 bar de presión. Por esa razón, las paredes de estos tanques deben ser suficientemente fuertes. Esta es la alternativa más común en vehículos que trabajan con hidrógeno.

Para una movilidad sostenible, es posible que el tanque de hidrógeno se diseñe no para trabajar a alta presión, sino para recibir hidrógeno líquido a -252,8 °C. Estos tanques requieren un alto grado de aislamiento térmico y son menos utilizados.

Principales modelos de vehículos de hidrógeno que se comercializan en el mundo

El futuro de la movilidad son los vehículos de hidrógeno, aunque apenas están comenzando. Las estadísticas señalan que en el año 2015 se vendieron en el mundo menos de 1000 coches a base de hidrógeno. Al año siguiente (2016), esta cifra alcanzó los 2000 coches. Más tarde, en el año 2018, las ventas alcanzaron los 4000 coches. Y finalmente, en el año 2021 las ventas superaron los 15000 coches.

Hoy en día, los cuatro modelos de coche a base de hidrógeno más vendidos son: Honda Clarity, Hyundai ix35, Hyundai Nexo y Toyota Mirai. Es fácil notar que las marcas más competitivas, en cuanto a movilidad eco a base de hidrógeno, son Honda, Hyundai y Toyota. Todas ellas son empresas fabricantes asiáticas (Japón y Corea), en donde el desarrollo e implementación de estas tecnologías es mayor. El futuro de la movilidad lo acaparan empresas coreanas y japonesas.

¿Cuáles han sido las causas que han frenado la implementación de la movilidad sostenible de los coches a base de hidrógeno?

El hidrógeno no es un elemento que se encuentra puro en la naturaleza. Es decir, para extraerlo hay que gastar energía en grandes cantidades. Tal es el caso de la electrólisis del agua. Por otra parte, el hidrógeno que se produce por electrólisis tiene que almacenarse a altas prestaciones (900 bar) o licuarse a muy baja temperatura (-252,8 °C). Todo esto encarece el proceso que implica llevar el hidrógeno a cada coche, en comparación con combustibles fósiles como la gasolina o el diésel.

En la actualidad, el proceso más económico y práctico para producir hidrógeno en grandes cantidades es mediante el reformado de metano (CH4). Este proceso consiste en poner a reaccionar el metano con vapor de agua a alta temperatura, sobre un catalizador de níquel. Sin embargo, este no es un proceso diseñado con sentido ecológico. Por lo tanto, este no es un hidrógeno verde como aquel que se produce por electrólisis del agua, usando energía fotovoltaica.

Por otra parte, los materiales catalizadores a base de platino, que se emplean en las pilas de combustible, son muy costosos. Han habido avances importantes, pero no han sido determinantes para abaratar los costes de las pilas de combustible o para incrementar su utilidad.

Hogar Sostenible y la movilidad eco

En Hogar Sostenible estamos convencidos que el futuro de la movilidad ecológica son los coches de hidrógeno. Incrementando la inversión en investigación y desarrollo pueden ir llegando nuevas tecnologías que mejoren drásticamente todo lo relativo al hidrógeno, a medio plazo. Tenemos como prioridad el respeto por el medioambiente y resaltamos además, la vital importancia del hidrógeno para sustituir a los combustibles fósiles, ya que el hidrógeno sí garantiza una movilidad sostenible.

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