Hidrógeno, ¿el combustible del futuro?

En la búsqueda de nuevas fuentes de energía, renovables y no contaminantes, se está valorando como una de las más modernas, eficaces y menos contaminantes, la utilización de hidrógeno. Vamos a ver las posibilidades que tiene el hidrógeno para convertirse en el combustible del futuro.

El hidrógeno es el elemento químico de menor peso atómico y, por lo tanto, el número uno de la tabla periódica. En condiciones normales, los átomos de hidrógeno se encuentran en pareja, es decir, en forma de gas diatómico H2. Además, es el elemento más abundante en la naturaleza. Su gran capacidad como combustible se basa en que, al reaccionar con el oxígeno —combustión— libera una gran cantidad de energía y generando como único residuo agua (H2O), según la reacción:

2 H2(g) + O2(g) —» 2 H2O(g)

La combustión de cada gramo de hidrógeno genera 34,02 calorías, mientras que la combustión de un gramo de gasolina, proporciona 8,36 calorías. La relación energía producida/peso del combustible para el hidrógeno, es muy superior a la de cualquier otro combustible. Por eso, podemos suponer, en principio, que es el combustible ideal, pero la naturaleza nunca pone las cosas tan fáciles.

Producción de hidrógeno : El hidrógeno no es una fuente de energía porque no se puede extraer como otro tipo de combustibles, sino que hay que hay que producirlo, por lo que se le denomina «vector energético». Hay varios métodos que permiten producir hidrógeno:

—Descomposición de la molécula de agua aplicando energía eléctrica, «electrolisis». Parece que  Julio Verne tenía razón en La isla misteriosa, publicada en 1874, cuando decía: «El agua será el carbón del futuro». Y es que, producir hidrógeno en teoría es tan sencillo como aplicar energía al agua, tal y como indica la siguiente reacción: Energía Eléctrica + 2H2O —» 2 H2 + O2

Pero, desgraciadamente, la cantidad de energía necesaria para generar H2 es mayor que la energía liberada en su combustión. Por eso, desde el punto de vista energético, solo sería rentable producir hidrógeno como combustible utilizando energías renovables, o aprovechando excedentes de energía eléctrica en momentos de bajo consumo.ayor que la energía liberada en su combustión. Este sistema podría ser un método para conseguir el reto muchas veces perseguido de «almacenar» energía eléctrica.

—Reformado a partir de gas natural. El componente principal del gas natural es el metano -CH4-. Si el metano reacciona con vapor de agua a altas temperaturas (700–1.100°C), produce H2, a costes aceptables. Sin embargo, como principal inconveniente encontramos la producción de CO2  y CO como productos secundarios de la reacción, es decir, gases de efecto invernadero que no son bien recibidos.

—Por fermentación de materia orgánica mediante bacterias. Determinados tipos de algas producen hidrógeno bajo ciertas condiciones. Al final de la década de 1990 se descubrió que si las algas eran privadas de azufre, dejaban de producir oxígeno en la fotosíntesis, y, a cambio, producían hidrógeno.

Almacenamiento : El hidrógeno, en comparación con los hidrocarburos líquidos, como la gasolina, el gasóleo o como los gases combustibles (butano, propano, etc.) es mucho más difícil de almacenar, ya que tiene una densidad mucho más baja y requiere de un tanque más grande para almacenar la misma cantidad de peso. La solución es utilizar hidrógeno comprimido a altas presiones, del orden de 500 bares, lo que requiere un consumo de energía adicional y, por tanto, un aumento del coste del producto.

El hidrógeno, también se puede almacenar en forma líquida, como ocurre en los cohetes espaciales. Sin embargo, para conseguir hidrógeno líquido, es necesario mantenerlo a temperaturas del orden de -253°C, por lo que los tanques de almacenamiento requieren sistemas complejos de   aislamiento térmico, lo que hace inviable económicamente su utilización.

Generación de energía mediante hidrógeno :

—Cohetes propulsados por H2:: La enorme cantidad de energía que requiere el lanzamiento de un cohete espacial se genera por combustión de hidrógeno y oxígeno puros contenidos en forma líquida en los dos grandes depósitos laterales que se aprecian en la imagen.

En este tipo de lanzamientos los costos son enormes, pero normalmente en las misiones espaciales no se tienen en cuenta, por lo que es posible utilizar esta tecnología.

—Motores de combustión interna: En principio es posible, con las modificaciones necesarias, hacer funcionar un motor de gasolina utilizando hidrógeno como combustible y el oxígeno del aire. Sin embargo, esta tecnología se ha desechado, sobre todo por la alta peligrosidad que representa la mezcla directa de ambos gases y porque el nitrógeno contenido en el aire -78%-, produce óxidos de nitrógeno –Nox-, que son agentes contaminantes.

El hidrógeno es altamente explosivo en contacto con el aire, basta con recordar el famoso desastre del dirigible Hindenburg ocurrido en New Jersey, el 6 de mayo de 1937, que navegaba gracias a la menor densidad del hidrógeno con respecto al aire.

—Celda o pila de combustible de hidrógeno: La solución actual a la generación de energía a partir de hidrógeno, pasa por el desarrollo de la celda o pila de combustible.

Fue descubierta por William R. Groove en 1848, perfeccionada por Rayleig en 1881 y convertida por la Nasa, a mediados del siglo pasado, en un dispositivo para proporcionar energía a los astronautas a partir del oxígeno y el hidrógeno contenido en los tanques de combustible.

Es un dispositivo complejo que permite obtener energía eléctrica mediante la reacción de hidrógeno y oxígeno. No es una reacción de combustión convencional, en la que solo se produce calor. ¿Dónde está la novedad? Vamos a explicarlo de forma muy simplificada. En este proceso que  se denomina electrólisis inversa, el hidrógeno reacciona con el oxígeno, se oxida, y pierde electrones. Precisamente el movimiento de estos electrones es lo que produce la corriente eléctrica.

2H2(g) + O2(g) —» 2 H2O(l). 1,23 V

Para que esta reacción tenga lugar de esta forma y no como combustión y genere rendimientos adecuados, es necesario utilizar catalizadores de alta tecnología, que cada fabricante mantiene bajo alto secreto.

Mediante agrupaciones de múltiples celdas, se pueden conseguir voltajes utilizables, en motores eléctricos de coches, camiones, trenes, etc.

Los vehículos de hidrógeno se consideran vehículos eléctricos, ya que producen la electricidad por sí mismos mediante una celda de combustible.

Con la tecnología actual ya existen varios modelos comerciales a precios comparables a los equivalentes eléctricos recargables.

El más avanzado es el Hyundai Nexo, con el que se demuestra la madurez técnica y la viabilidad práctica de esta solución. Se trata de un coche de alta gama, con una potencia de 163 CV y una autonomía de cerca de 700 km. El precio en España es de 68.000 euros, un precio algo inferior al de los eléctricos de similares prestaciones. El consumo medio, es inferior a 1 kg. de hidrógeno cada 100 km. El kg. de hidrógeno cuesta actualmente 7 euros, pero se espera que cuando se desarrolle el mercado el coste baje considerablemente. En los Juegos Olímpicos de Japón, previstos para 2021, los organizadores tienen planeado que todo el transporte se realice con hidrógeno, a un coste máximo de 4 euros.

Toyota tiene previsto producir 30.000 vehículos de hidrógeno anuales a partir de 2020 y para 2030, Hyundai pretende fabricar 700.000 coches movidos por hidrógeno al año. Esta tecnología, es prometedora también en vehículos industriales, camiones, autobuses y trenes. La empresa Alstom, ha llevado a cabo recientemente en los Países Bajos pruebas de un tren movido por hidrógeno como combustible, con tecnología de celda de combustible, con rotundo éxito.

El mayor inconveniente de los vehículos de hidrógeno, en este momento, son las escasas opciones de repostaje. Alemania cuenta con 77 puntos de repostaje de hidrógeno y otros 45 en marcha. En Francia, el ministerio de Transición Ecológica y Solidaria, el 1 de junio de 2019 destinó 100 millones de euros para poner en marcha 1.000 estaciones de repostaje, y para ayudar a la introducción de hasta 50.000 vehículos en los próximos 10 años.

En España, por el momento, existen ocho puntos de repostaje operativos, denominados «hidrogeneras». En un futuro, muy próximo, sabremos si la utilización del hidrógeno, es la solución o una de las soluciones, para sustituir las fuentes de energía actuales por otras renovables y no contaminantes, si es así, estaremos de enhorabuena.