¿Cómo funcionan los vehículos de hidrógeno?

Si bien nos hemos acostumbrado a leer sobre coches híbridos, los coches híbridos enchufables y, más recientemente, los coches eléctricos, existe otra opción para reducir o eliminar nuestras emisiones de gases de efecto invernadero: el hidrógeno. El elemento que más abunda en la Tierra, el hidrógeno, cuando se usa como combustible, solo produce agua en el tubo de escape del vehículo.

Por supuesto, el hecho de que el hidrógeno solo produzca agua en el tubo de escape no significa que esté completamente limpio. Aproximadamente el 33 por ciento de la generación total de energía de hidrógeno en los EE. UU. todavía utiliza carbón. Sin embargo, las técnicas de procesamiento de hidrógeno alternativas y más sostenibles pueden tener un costo prohibitivo. Los fabricantes de automóviles de hidrógeno lo han considerado y muchos ofrecen repostaje gratuito durante los primeros años de propiedad.

Hay dos tipos principales de vehículos de hidrógeno: los de combustión de hidrógeno y los de pila de combustible de hidrógeno, pero ambos dependen del hidrógeno almacenado bajo presión en un tanque de a bordo, que se puede repostar en un tiempo similar al de la gasolina. El repostaje rápido es una de las principales ventajas de los coches de hidrógeno.

Almacenamiento bajo presión

Si bien el hidrógeno es significativamente más denso en energía que baterías del mismo peso, es menos denso en energía que la gasolina o el diésel, lo que significa que un volumen igual de gas hidrógeno contiene menos energía. Por lo tanto, para ofrecer una autonomía de conducción decente, el gas hidrógeno se almacena comprimido. De hecho, la presión a la que se almacena el hidrógeno puede alcanzar los 10 000 psi o más, aproximadamente 300 veces la presión de un neumático de automóvil promedio.

El almacenamiento a alta presión significa que el tanque de combustible de hidrógeno de un automóvil debe ser muy fuerte, no solo para soportar la enorme presión interna, sino también para mantenerse seguro en caso de accidente automovilístico. El hidrógeno es altamente combustible, lo que puede traer a la mente visiones de zepelines que explotan, pero los fabricantes de automóviles han diseñado muchos mecanismos a prueba de fallos y han diseñado tanques excepcionalmente robustos. Y no olvides que la gasolina también es altamente inflamable y, a veces, verás una neblina de vapor de combustible al llenarla.

Tanto los coches de combustión de hidrógeno como los de pila de combustible de hidrógeno almacenan el combustible en tanques similares; es lo que ocurre después del repostaje donde difieren.

Combustión de hidrógeno

Los motores de combustión interna que queman hidrógeno generan energía a través de la combustión de hidrógeno en lugar de gasolina. A diferencia de los sistemas de pilas de combustible, no se basan en una reacción química para generar electricidad; en cambio, queman hidrógeno directamente como combustible, al igual que un motor de gasolina.

A excepción de la combustión de trazas de aceite de motor durante la conducción, los motores de hidrógeno no emiten dióxido de carbono. Desafortunadamente, dado que queman hidrógeno junto con el oxígeno que se encuentra en el aire, como en el caso de los motores de gasolina, se crea una cierta cantidad de óxido de nitrógeno. Sin embargo, en general, son mucho más limpios que los híbridos y los híbridos enchufables.

Debido a que el hidrógeno se suministra en forma de gas presurizado, se necesitan inyectores de combustible especiales que puedan introducir hidrógeno en el motor de manera segura y eficiente. El hidrógeno tiene una temperatura de ignición más alta que la gasolina y ocho veces la velocidad de combustión, lo que hace que los motores de combustión de hidrógeno respondan muy bien.

Los motores de combustión de hidrógeno conservan el rendimiento y la sensación a los que los conductores están acostumbrados. Es fácil adaptarse a ellos si alguna vez has conducido un vehículo de gasolina, prácticamente sin curva de aprendizaje ni cambio de estilo de vida. Incluso el sonido del escape es casi idéntico al de un automóvil a gasolina, a pesar del sonido principal emisión siendo agua!

Pilas de combustible de hidrógeno

Por otro lado, las pilas de combustible de hidrógeno se mueven más como un coche eléctrico — porque utilizan una pila de pilas de combustible de hidrógeno para producir electricidad que alimenta un motor eléctrico. En una pila de combustible, el hidrógeno sufre una reacción química con el oxígeno del aire para producir esta electricidad.

De hecho, puede pensar en un automóvil con pila de combustible de hidrógeno como un automóvil eléctrico con su propia central eléctrica a bordo. Las pilas de combustible se utilizaron en los años sesenta a bordo de las naves espaciales estadounidenses Gemini y Apolo para producir electricidad y agua, utilizando hidrógeno y oxígeno a bordo.

La construcción de una pila de combustible de hidrógeno es similar a la de una batería. El gas hidrógeno del tanque presurizado ingresa al ánodo, donde entra en contacto con un catalizador que promueve la separación de los átomos de hidrógeno en un electrón y un protón.

Luego, los electrones son recolectados por un colector conductor, que está conectado a los circuitos de alta tensión del automóvil de hidrógeno. Las pilas de combustible suelen agruparse en una «pila» (un conjunto de varias pilas de combustible que combinan oxígeno e hidrógeno) para producir la energía necesaria para alimentar el automóvil.

Este proceso alimenta a una batería de a bordo con la energía necesaria para su almacenamiento, directamente al motor eléctrico o ambos. A continuación, el motor impulsa las ruedas. La batería de a bordo suele ser mucho más pequeña que la batería de a bordo de un vehículo totalmente eléctrico, ya que la pila de pilas de combustible proporciona la mayor parte de la electricidad requerida. La batería también captura la energía del frenado regenerativo, lo que ayuda a mejorar la autonomía.

Dos procesos, un resultado

La combustión de hidrógeno y las pilas de combustible de hidrógeno son tecnologías muy diferentes, pero el resultado final es similar: el automóvil avanza y sale agua del tubo de escape. En última instancia, las pilas de combustible de hidrógeno son la tecnología más limpia: los motores eléctricos son más eficientes y no producen óxido de nitrógeno como lo hace la combustión. Los vehículos eléctricos de pila de combustible también requerirán menos mantenimiento con el tiempo, si bien los vehículos de combustión de hidrógeno seguirán necesitando cambios de aceite, servicio de transmisión y otros cambios de fluidos por los que los conductores de gasolina están acostumbrados a pagar.