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Hidrógeno como combustible

Detallan los beneficios de que los vehículos usen hidrógeno como combustible Según un estudio se evitarían entre 3 mil y 6 mil muertes provocadas por la contaminación del petróleo.

La economía de EEUU ahorraría hasta US$ 283.000 millones al año si los vehículos que circulan en el país fuesen propulsados con hidrógeno y no por derivados del petróleo, según un estudio que publicará "Science".

Según los resultados del informe de la Universidad de Stanford que saldrá en el próximo número de la revista, se evitarían entre 3.700 y 6.400 muertes, provocadas principalmente por la contaminación, en el caso de que el país contase con una flota de vehículos que utilizara de combustible pilas alimentadas por hidrógeno.

En el peor de los casos, afirma el informe, con hidrógeno generado por plantas de carbón, el ahorro sería de entre 9.700 millones y 149.000 millones de dólares anuales.

El estudio analiza los posibles efectos en concentraciones de partículas, los costos sanitarios y climáticos de sustituir los actuales vehículos con motores de hidrógeno e indica que el costo real del hidrógeno generado con energía eólica puede ser inferior al de los derivados del petróleo en Estados Unidos.

Según los autores de la investigación realizada en California, producir hidrógeno con energía eólica sería de entre US$ 1,12 y US$ 3,20 por 3,78 litros (un galón), aunque ese precio no incluye el coste de reconvertir la infraestructura a hidrógeno.

Actualmente, el precio medio del galón de gasolina en EEUU se sitúa en 2,17 dólares.

Los autores del informe señalaron que la adopción de una flota de vehículos alimentados con hidrógeno generado por electrólisis eólica podría salvar entre 2.300 y 4.000 vidas más al año, y entre 32.000 millones y 180.000 millones de dólares más al año que si todos los vehículos del país fueran híbridos.

Con una flota de vehículos híbridos, Estados Unidos podría ahorrarse entre 14.500 millones y 103.000 millones de dólares al año.

Con una flota de vehículos de hidrógeno generado con energía eólica el ahorro estaría entre 46.200 millones y 283.000 millones de dólares al año.

En el caso de hidrógeno generado por gas natural o energía eólica, se reducirían entre 1 y 3 millones al año los casos de asma, en comparación con los que producen los vehículos de combustión de gasolina.

Fuente: Clarin.com

Año 2050. Aire limpio, sin ruidos, todo en silencio... Aún está por decidir si será gracias a un nuevo combustible o a que se haya consumido todo el petróleo y la falta de investigación haga que todos vayamos en bicicletas...

Coches silenciosos, cuyos tubos de escape no emiten gases negros como el hollín, sino un leve hilo de vapor de agua, templado. Un aire fresco y limpio. Las centrales térmicas que quemaban carbón, petróleo, gas... ya no existen y han sido sustituidas por pequeñas centrales energéticas cuyo único residuo es vapor de agua... Puede que esto sea una utopía, pero la tecnología existe.

Hace años que se habla del hidrógeno como el potencial sustituto del petróleo. He estado investigando y voy a tratar de explicar las capacidades, ventajas e inconvenientes y funcionamiento del uso del hidrógeno para la producción de energía.

El Hidrógeno es un gas incoloro, inoloro, insípido altamente flamable y no es tóxico, este se quema en el aire formando una llama azul pálido casi invisible. El Hidrógeno es el más ligero de los gases conocidos en función a su bajo peso específico con relación al aire. Por esta razón, su manipulación requiere de cuidados especiales para evitar accidentes. El Hidrógeno es particularmente propenso a fugas debido a su baja viscosidad y a su bajo peso molecular.

Para la producción de energía a partir del hidrógeno, se utilizan las pilas de combustible, compuestas por células de combustible.

 

Las ventajas principales son:

  • [Hydrogen3, un coche con pila de combustible de hidrógeno] Cero emisión de contaminantes. La energía a partir del hidrógeno se produce por una reacción electróquímica catalizada, esto es, una reacción inducida por un catalizador, un material que induce una reacción y permanece inalterado. Los productos de esta reacción entre hidrógeno y oxígeno son agua, calor y electricidad. No es una combustión.
  • Alta eficiencia en la utilización del combustible. El hecho de convertir el hidrógeno en energía mediante una reacción electroquímica hace que las pilas de combustible produzcan más energía con el mismo combustible si lo comparamos con otras fuentes como el petróleo. La eficiencia, dependiendo de la pila de combustible utilizada, va del 30% al 90%. El poco calor producido es aprovechable. La combustión de los combustibles tradicionales los convierte en calor, limitándose el proceso a la 2ª ley de la Termodinámica (ley de Carnot, creo) y después a energía mecánica (el movimiento), lo que da pie a que parte de la energía se disipe en forma de calor, rozamientos y otras pérdidas por conversión, disminuyendo el rendimiento.
  • Reducción del peligro medioambiental. De todos es sabido los daños que produce la extracción, transporte y refinado de productos como el petróleo y el gas natural. Esto no sucede con el hidrógeno si es producido mediante energías renovables. Además, un escape de hidrógeno no tendría mayor problema que el haber perdido dicho combustible, puesto que al ser más ligero que el aire, se evaporaría en un momento. Dejaríamos de ver petroleros destrozando nuestras costas.
  • Silencioso. Al carecer de partes móviles, se estima que el ruido producido por una pila de combustible es de 55 decibelios (db) a una distancia de 30 metros. El tráfico rodado actual tiene una media de 55db.
  • Alta densidad energética. La cantidad de energía que produce una pila de combustible de hidrógeno se mide ya en kilowatios hora por litro (kWh/L) y se sigue investigando para aumentar estas cifras.
  • Admisión de diversos combustibles. Combustibles que contengan hidrógeno, como el gas natural y el metanol, pueden ser reformados para usarse en las pilas de combustible.
  • Bajas temperaturas y presiones de operaciónb. Las pilas de combustible funcionan a unas temperaturas que van desde los 80ºC hasta los 1000ºC. Los motores de combustión interna funcionan a 2300ºC.
  • Flexibilidad de emplazamiento. Al ser muy silenciosas y no producir contaminantes, las pilas de combustible pueden ser instaladas en multitud de lugares, de interior o exterior, residenciales, industriales o comerciales.
  • Capacidad de cogeneración. El calor residual generado por la reacción electroquímica de la pila de combustible puede emplearse, por ejemplo, para calentar de agua, etc.
  • Rápida respuesta a variaciones de carga. Para aumentar la energía producida por la pila, se debe introducir más combustible en el sistema. La respuesta es análoga a la presión que realicemos en el acelerador, por ejemplo.
  • Modularidad. Se pueden interconectar células de combustible para producir más energía, es decir, aumentar la potencia.
  • Simplicidad del dispositivo. Las pilas de combustible carecen de partes móviles. La falta de movimiento permite un diseño más simple, una mayor fiabilidad y operatividad y un sistema que es menos propenso a estropearse.
  • Facilidad de producción. El hidrógeno de las pilas de combustible puede producirse a baja escala a través del reformado de gas natural, electrólisis del agua o fuentes renovables como eólica o fotovoltaica, lo que evita la dependencia de fuentes extranjeras. Una economía que usara el hidrógeno no dependería de los precios y la escasez de los combustibles fósiles (como bien estamos viendo ahora). Por algo el hidrógeno es el elemento más abundante del Universo.
  • Independencia de la red de suministro energético. Se podrían utilizar las pilas de combustible como fuentes de energía alternativas a la red eléctrica, cuyos cortes pueden producir fallos, por ejemplo, en sistemas informáticos. Incluso hay proyectos (que yo veo poco útiles) de pilas de combustible de hidrógeno para teléfonos móviles que se recargarían fácilmente y con una duración de 10 horas.
  • Ventajas frente a baterías tradicionales. Menor peso y tamaño para la misma cantidad de energía. Facilidad de recarga casi instantánea, sin energía proveniente de la red eléctrica (que, ya sabemos, puede ser electricidad generada en procesos contaminantes) y sin los largos tiempos de espera. Además, las pilas de combustible no tienen memoria, esto es, siempre tienen la misma capacidad aunque se recarguen diez mil veces.

 

Pero no todo es tan bonito, y existen unas cuantas desventajas (algunas de las cuales sólo requieren tiempo e investigación):

  • [Un surtidor de hidrógeno] Producción costosa. El hidrógeno, a pesar de ser tan abundante, no es una fuente primaria. La obtención del hidrógeno puro es bastante costosa.
  • Alto coste destinado a sistemas de almacenamiento y suministro.
  • Prototipos pesados de pilas de combustible. Con el tiempo se mejorarán los actuales prototipos.
  • Elevado gasto energético para licual el hidrógeno.
  • La producción de algunos componentes, al no efectuarse a gran escala (todavía), implica un coste elevado. Un coche de hidrógeno actualmente costaría un 30% más que uno diesel o gasolina de las mismas prestaciones.
  • Tecnología en desarrollo. Aún hay problemas no resueltos, como la duración de las pilas de combustible, lo que repercute en su comercialización.
  • Precios no competitivos debido a la escasa demanda actual. Pues eso.
  • Sensibilidad hacia los venenos catalíticos. Como ya he dicho antes, los catalizadores son unos productos que se introducen en la reacción para controlarla (acelerarla, frenarla, etc) y mejorar los resultados. Existe un problema con algunos catalizadores y es la pérdida de eficacia al contacto con ciertos elementos (los llamados venenos catalíticos). Se dice que los catalizadores se somenten a una inactivación irreversible al contacto con venenos catalíticos como el monóxido de azufre u otros compuestos de azufre, o el monóxido de carbono.

 

 

Hace un tiempo se hablaba de la imposibilidad de almacenar el hidrógeno puesto que explotaría fácilmente. Hace tiempo que no oigo hablar del tema por lo que supongo que ha sido solucionado con las pilas de combustible.

Iba a tratar del funcionamiento de las pilas de combustible pero lo veo innecesario por complicado.

El principal problema que veo para la introducción del hidrógeno en el mercado energético, es que hay muchos intereses económicos.

Ciertos paises tienen cuantiosos ingresos por el petróleo, en algunos casos la mayoría de sus ingresos. Las multinacionales petroleras hacen todo lo posible por hacer ver que el hidrógeno no es viable e impedir su desarrollo. A las marcas automovilísticas no les sale absolutamente nada rentable la investigación y, si investigan algo, es más que nada para quedar bien o porque les obligan los gobiernos, algo que casi no sucede. A pesar de ello, se han llevado a cabo ciertos progresos en esta industria.

Por ejemplo, puedo hablar de la marca Opel (mi padre es uno de los miles de trabajadores de la fábrica de General Motors España, situada cerca de Zaragoza, mi ciudad). Nos envían mensualmente (creo) una revista sobre Opel, llamada Rodando. Bien, en esta revista han hablado muchas veces de sus investigaciones en el sector del hidrógeno en el automovilismo. Han creado un prototipo, denominado Hydrogen 3, un opel modificado, impulsado por un motor de células de combustible de hidrógeno.

[El Hydrogen3] El Hydrogen 3 compitió en el Rally de Montecarlo para Vehículos de Pila de Combustible e Híbridos, quedando el primero entre los vehículos de pila de combustible, y tercero por detrás de 2 vehículos híbridos.

Fue conducido por el expiloto de F1 Heinz-Harald Frentzen, en una etapa de 417Km con un repostaje permitido, consiguiendo una velocidad media de 80km/h a pesar de atravesar varias poblaciones. El Hydrogen3 es un Opel Zafira de cinco plazas utilizables con un motor (trifásico asíncrono) de 82 cv, alimentado por una pila de combustible compuesta por 200 celúlas en serie.

Además de no contaminar es prácticamente insonoro, y sus prestaciones son más que razonables para un uso normal: 160 km/h de velocidad máxima y una aceleración de 0 a 100 km/h en 16 segundos. Respecto a la fiabilidad, el verano del año pasado recorrió, en 38 días, 9.696 km entre Noruega y Portugal.

Esperemos que dentro de pocos años podamos ver en funcionamiento todo esto.

Fuentes:
http://science.howstuffworks.com/
http://revista.consumer.es/
http://www.ciemat.es/
http://usuarios.tiscali.es/casteasu/
http://www.fuelcellstore.com/
http://www.tecnociencia.es/
http://www.autocity.com/


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