Cargando...Este sistema permite circular a vehículos eléctricos sin emisiones contaminantes ni enchufes.
Ya te hemos contado en alguna ocasión cómo funcionan los coches de hidrógeno e incluso hemos discutido si esta será la tecnología de los camiones del futuro. Son vehículos sin emisiones contaminantes en su escape con un componente muy importante en común: la pila de hidrógeno.
En esta ocasión vamos a conocer un poco más a fondo cómo funciona la pila de hidrógeno y algunas peculiaridades relacionadas con este sistema.
¿Qué es la pila de hidrógeno?
Comencemos aclarando qué es la pila de hidrógeno: es el componente del vehículo en el que se produce la electricidad. Efectivamente, los coches que la llevan no necesitan enchufe porque ellos mismos producen la energía necesaria para moverse.
En este punto, hay que recordar que los vehículos que utilizan hidrógeno son eléctricos, es decir, utilizan la electricidad como energía para moverse. Por eso la pila de hidrógeno es la base que permite obtener un coche eléctrico que no hace falta enchufar: la propia pila se encarga de producir la electricidad necesaria.
¿Qué ventaja presenta esto? Que, por un lado, al producir electricidad, la pila no genera dióxido de carbono. Por el otro, que el producto que saldrá por el escape es vapor de agua. En resumen: el vehículo no contamina mientras circula.
¿Cómo conseguimos el hidrógeno para mover el vehículo?
El hidrógeno tiene muchas ventajas, pero es un poco escurridizo: su volatilidad es tan elevada que se escapa fácilmente de la tierra. Así que es difícil encontrarlo en la naturaleza disponible para su extracción.
Sin embargo, este elemento se puede obtener a partir del agua. Para eso se utilizan electrolizadores, que emplean energía eléctrica para dividir sus moléculas en oxígeno e hidrógeno, que son los dos elementos que conforman el agua (H2O). Si esa energía eléctrica se obtiene de fuentes renovables, como la solar o la eólica, hablaríamos de hidrógeno verde porque no se producirían emisiones de dióxido de carbono para obtenerlo.
Pues bien, una vez obtenido el hidrógeno, necesitaremos almacenarlo. Como es un gas, hace falta bajar su temperatura, es decir, comprimirlo a alta presión (300 a 700 bares). Después es necesario distribuirlo hasta gasolineras que ofrezcan este gas.
Llegados a este punto, solo habrá que cargar el hidrógeno en el depósito del coche. Aquí es importante tener en cuenta el precio del gas, que ronda los 10 euros el kilo, así como el consumo que realiza el vehículo, que es de unos 0,9 kg a los 100 kms. Esto supone un gasto en combustible similar al de un coche de gasolina o diésel, que consumen más de 7 litros a los 100 kms.
¿Cómo funciona el sistema de pila de hidrógeno?
En cuanto al funcionamiento del sistema, el gas se inyecta en la pila (o celda), por la zona del ánodo. Al mismo tiempo se utiliza un turbo para introducir aire por la zona del cátodo.
El oxígeno y el hidrógeno reaccionan mediante el uso de catalizadores químicos: las moléculas se rompen en átomos de hidrógeno y se pierden electrones. Una membrana permite el paso de los protones de hidrógeno hacia el cátodo, donde se encuentra el oxígeno. El átomo de hidrógeno, a su vez, reacciona con el oxígeno formando agua, que saldrá en el exceso de aire.
Cuando el hidrógeno pasa a ser un protón se generan electrones, que son los que nos dan la corriente eléctrica. Eso sí, el potencial eléctrico que se obtiene es bajo, por eso se necesitan muchas celdas de hidrógeno en la pila de combustible. Por ejemplo, en un Toyota Mirai hay 84 celdas en su pila de hidrógeno.
El voltaje máximo que genera la pila de hidrógeno es de unos 360v, que no son suficientes. Como duplicar el tamaño de la pila no es una opción, se utiliza un convertidor elevador capaz de aumentar el voltaje de salida hasta los 650v. Este elemento va justo encima de la pila, con la que forma un conjunto que se puede sustituir por separado.
Ventajas y desventajas de la pila de hidrógeno
El sistema de pila de hidrógeno tiene muchas ventajas, como una mayor autonomía (1000 km) respecto a los vehículos totalmente eléctricos y un menor tiempo de recarga (en diez minutos está listo).
Como se produce electricidad para el motor, también la batería es más pequeña y, por tanto, más económica que la de los enchufables. Tiene además una eficiencia del 60 %, que puede alcanzar el 80 % si se utiliza el calor generado para climatizar el habitáculo.
La pila de hidrógeno también presenta alguna desventaja, sobre todo que aumenta el precio del vehículo. Además, en la actualidad la infraestructura de recarga es escasa, aunque esto es algo que está cambiando.
¿Qué mantenimiento requiere el sistema de pila de hidrógeno?
La pila de hidrógeno requiere refrigeración para mantener sus prestaciones. Esto es así porque el funcionamiento del sistema genera temperaturas de entre 30oC y 70oC. Además, debe poder arrancar a una temperatura de hasta -30oC.
Para refrigerar el sistema es necesario utilizar fluidos específicos. Esto se debe a que en las celdas de la pila que es necesario refrigerar hay hidrógeno —que es inflamable— y electricidad que pasa por el sistema. Así que es muy importante asegurar que el producto refrigerante tenga una conductividad muy baja y que sea específico para pilas de hidrógeno.
Para hacernos una idea de la diferencia entre los refrigerantes para pila de hidrógeno y los que se usan en coches convencionales, echemos un vistazo a su conductividad. Mientras que en los primeros se habla de una conductividad eléctrica con un máximo de 5 microsiemens por centímetro para mantener la seguridad, en los refrigerantes de los coches de combustión supera los 2000 microsiemens. Esto se debe a que contienen agua y aditivos polares que conducen electricidad.
Estos vehículos también tienen otra particularidad: el exceso de hidrógeno que no se utiliza en la pila se recupera mediante una bomba de recirculación, es decir, una especie de válvula EGR de hidrógeno. Este elemento también hay que mantenerlo y controlarlo. Además, el agua debe separarse del hidrógeno antes de la válvula, para lo que se emplea un separador ciclónico que actúa como “filtro” separador.
Los vehículos de pila de hidrógeno son una alternativa de movilidad muy interesante, que en el futuro podría volverse muy popular. Ahora que sabes mejor cómo funcionan, no los pierdas de vista.
