Grandes esperanzas para el hidrógeno: una mirada a las tecnologías futuras
¿Qué papel juega el hidrógeno en el diseño de la logística sin emisiones de gases de efecto invernadero? Repasamos la fuente de energía H2.
El transporte y la logística tienen grandes esperanzas de utilizar hidrógeno (H2) como combustible, esperanzas que están totalmente justificadas. El hidrógeno es el elemento químico más común en el universo y el único que ofrece tres opciones que sustentan la protección del clima, aunque todavía haya una serie de obstáculos que superar.
Primero, este gas volátil se puede producir sin generar emisiones locales. En un proceso llamado electrólisis, se aplica una corriente eléctrica al agua (H2O), dividiéndola en oxígeno e hidrógeno. Siempre que la electricidad provenga de una fuente renovable como la energía solar, eólica o hidroeléctrica, este proceso puede considerarse respetuoso con el clima.
Dado que la electrólisis consume casi un tercio más de energía de la almacenada en el hidrógeno que produce, un desafío básico a superar en el camino hacia una economía sostenible del hidrógeno será proporcionar suficiente electricidad verde asequible.
Un aspecto a menudo olvidado es que, en este momento, la electrólisis todavía requiere agua dulce con la pureza del agua potable, y casi diez litros por kilogramo de hidrógeno. Esto significa que las regiones áridas con abundante luz solar, candidatas a convertirse en centros clave de producción de H2, tendrían que invertir en la desalinización de agua de mar.
En segundo lugar, muchas esperanzas están puestas en el hidrógeno porque es el componente básico de todos los combustibles sintéticos, también conocidos como synfuels, combustibles de energía, combustibles de energía a líquido o combustibles de energía a gas. El primer elemento de la tabla periódica puede unirse con carbono y oxígeno para formar una variedad de cadenas de hidrocarburos, incluidos metano, metanol, diésel y queroseno. El desafío aquí es que estos procesos también consumen mucha energía.
Lo que a menudo se pasa por alto es que estos combustibles requieren no solo hidrógeno verde, sino también dióxido de carbono, que primero debe extraerse de la atmósfera. Solo si esto se hace sin producir ninguna emisión, el combustible sintetizado resultante es climáticamente neutro. Dependiendo del combustible de energía, solo se transfiere del 40 al 60 por ciento de la energía presente en la energía renovable utilizada al inicio de la cadena del proceso. Por eso, estos procesos a menudo se consideran antieconómicos. Pero los combustibles sintéticos son una opción que vale la pena cuando la electricidad o el hidrógeno no se pueden utilizar para impulsar directamente motores o transportar energía, por ejemplo, en aplicaciones marítimas y de aviación.
H2 como "motor" de la pila de combustible
En tercer lugar, y lo más importante, el H2 es una parte clave de la solución porque se puede convertir nuevamente en electricidad sin emitir gases de efecto invernadero o contaminantes del aire. Esto es lo que sucede dentro de una celda de combustible y puede considerarse como la contraparte de la electrólisis. Como parte de lo que se conoce como reacción redox, los electrones pasan del hidrógeno al oxígeno atmosférico. Esto produce electricidad que se puede utilizar para alimentar motores o cargar baterías. Los únicos "productos de desecho" son el vapor limpio y el calor. Los vehículos comerciales utilizan pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), que han demostrado ser muy eficientes. Las simulaciones de Dachser indicaron que un camión de caja intercambiable PEMFC consumiría poco menos de diez kilogramos de H2 por cada 100 kilómetros.
A pesar de los resultados positivos iniciales con el prototipo de PEM y camiones pequeños, todavía hay varios detalles que resolver antes de que este tipo de celda de combustible se convierta realmente en una opción práctica. Por ejemplo, tanto el combustible de hidrógeno como el oxígeno atmosférico aspirado deben ser extremadamente puros para evitar que los componentes sensibles de la celda de combustible se contaminen demasiado rápido y comprometan la vida útil del sistema.
Además de la costosa tecnología de filtración de aire, esto requiere que los fabricantes de automóviles utilicen H2 5.0, lo que significa que el hidrógeno debe tener una pureza certificada de al menos 99,99 %, una tarea difícil para todo el sistema de suministro de H2. Otro desafío es determinar la mejor forma de almacenar el hidrógeno en el camión. ¿Debería estar en tanques presurizados a 350 bar, como es habitual en los autobuses de hoy? ¿O licuado a temperaturas extremadamente bajas como el gas natural licuado (GNL)? Los fabricantes están adoptando diferentes enfoques, pero se espera que siempre que la maximización de la capacidad de almacenamiento y el alcance sean los factores decisivos, un tanque que contenga H2 líquido frío probablemente sea la mejor opción.
En resumen: el hidrógeno tiene el potencial de establecerse junto con el uso directo de energías renovables como tecnología decisiva para el transporte y la logística. Si logrará o no cumplir con las altas expectativas puestas en él, quedará claro antes del final de esta década. Cada vez son más los fabricantes de vehículos comerciales que se proponen transformar esta tecnología del futuro en una innovación en la protección del clima y la logística.