Nov 18 2020
91 lecturas

AmbienteEconom铆a

La Fiebre del Hidr贸geno 2.0. Parte 1

El germen de esta miniserie viene de la primavera de 2020, durante la cuarentena de la primera ola del Covid, per铆odo en el que empec茅 a recibir muchos mensajes al respecto en esa burbuja autoreferencial que es el LinkedIn, en la cual llevo un tiempo muy metido por la situaci贸n laboral en una empresa que cerrar谩 sus puertas entre 2021 y 2022, y no por culpa del Covid: la decisi贸n es anterior.

Dada la variedad de art铆culos que se anunciaban a bombo y platillo en esa red social, empec茅 a investigar a qu茅 se deb铆a tanto anuncio comercial, y de d贸nde ven铆a tanta histeria historia. Desde luego la coreograf铆a inclu铆a un elevado cartel de opciones, actores y una gran puesta en escena.

La mayor铆a de los art铆culos rezaban sobre el futuro del transporte y c贸mo 茅ste pasa por el Hidr贸geno. Pero no s贸lo eso. Tambi茅n hablaban mayormente sobre el hidr贸geno como elemento de regulaci贸n de la producci贸n renovable, mayormente obtenido a partir de agua de mar, y de c贸mo se estaba trabajando en un rango de veh铆culos con este combustible.

As铆 aparec铆an tambi茅n un gran rango de anuncios de veh铆culos de todo tipo: trenes, camiones de gran tonelaje (Iveco, Mercedes, Hyundai, Nikola) y alcance, barcos, aviones (Airbus con tres variantes, nada menos), coches. Que s铆 el hidr贸geno es 鈥榲erde鈥, que si plantas que aprovechan la energ铆a e贸lica marina para sacar hidr贸geno del mar, que si el transporte del futuro, especialmente camiones, que si meter el hidr贸geno en la red de gas natural y as铆 almacenarlo, que si combatir la intermitencia (y la inestabilidad) de las renovables, etc.

Muchos art铆culos al respecto. Todos 鈥榗hupiguays chachipirulis鈥, 鈥榪ue buenos somos, que tipo tengo鈥, que 鈥榤e duele la cara de ser tan guapo鈥欌 Algunos ya habr谩n pensado que esto es 鈥榞reenwashing鈥. Pero es peor.

As铆 que, aunque ya he escrito sobre este tema, me permito analizar de nuevo y para los casos espec铆ficos que se anuncian, todo este entramado de la nueva 鈥榝iebre del Hidr贸geno鈥, la apuesta europea enorme al respecto, y algunas de las cosas que hay detr谩s, aunque escribir esta miniserie va a llevar retraso dada la situaci贸n personal en que me encuentro.

Hidr贸lisis.

El hidr贸geno, a pesar de ser el elemento qu铆mico m谩s abundante de la galaxia, no es algo que tengamos a mano directamente. Siempre, en todos los casos, est谩 combinado con otros elementos qu铆micos, siendo el m谩s habitual, el ox铆geno con el que forma agua. Por esa raz贸n, el hidr贸geno se debe considerar como un vector de transporte y almacenamiento de energ铆a, no como una fuente de esta, ya que primero se debe obtener, y luego procesar para almacenar y/o transportar. No se 鈥榬ecolecta鈥 como el gas natural o el petr贸leo, o, ya puestos, una manzana.

As铆 pues, para poder usar el hidr贸geno, primero debemos separarlo del ox铆geno con el que conjuntamente forma agua con la archiconocida nomenclatura H2O. El proceso de obtenci贸n a partir de agua se conoce como hidr贸lisis (de hidro, agua, y lisis, separar, dividir), y es relativamente sencilla: se aplica corriente el茅ctrica 鈥榗ontinua鈥, y en un polo se obtiene ox铆geno, y en el otro hidr贸geno.

Sin embargo, otro elemento com煤n es el metano (gas natural), etano, butano, etc. donde se combina con Carbono (CH4, C2H6, C3H8鈥). Tambi茅n se obtiene de forma similar, aplicando electricidad, pero lo que se obtiene es hidr贸geno y CO2. Actualmente, la mayor铆a de hidr贸geno que se obtiene comercialmente, un 98%, proviene del gas natural, nominal y mayormente, metano. Eso implica que para obtener 1Kg de H2, se obtienen 11Kg de CO2. Y eso s贸lo por la reacci贸n qu铆mica, sin contar las emisiones asociadas a otros procesos anexos como la generaci贸n de electricidad.

Habida cuenta que un Kg de H2, sobre el papel, 鈥榯iene鈥 una energ铆a de 39,9KWh, y que para conseguirlo se 鈥榞astan鈥 4 Kg de metano, que tienen una energ铆a de unos 60KWh (lo que equivale a unas p茅rdidas de m谩s del 33%), uno se pregunta por qu茅 ese 98% de H2 que se obtiene hoy en d铆a (2020) proviene de gas natural y no de agua. Y encima, perdiendo energ铆a por el camino (ojo, no s贸lo la qu铆mica de 20,1 KWh, tambi茅n la el茅ctrica que se le ha metido!) a la vez que se emite el CO2.

De hecho, el 3% del consumo de gas natural se usa para obtener hidr贸geno, que, en su inmensa mayor铆a, no se usa precisamente ni para quemar, ni para almacenar (se transforma tal y como se produce, y en el mismo sitio), sino como materia prima para producir amon铆aco como precursor de los nitratos, fertilizantes para la agricultura. Eso se lleva el 8,27% de la energ铆a consumida anualmente.

La primera raz贸n que viene a la mente del porqu茅 es obvia, el precio. Y, adem谩s, es totalmente acertada. El hidr贸geno obtenido de gas natural es m谩s barato que si se obtiene de agua, ya que la diferencia de coste de la electricidad (gasta mucha m谩s la hidr贸lisis que el proceso Haber-Bosch) es enorme. El precio de un Kg de Hidr贸geno listo para usar en el transporte era de unos 14$/Kg (de 12.85 a 16$/Kg), con los cuales el Honda Clarity FCX (Fuel Cell eXperimental) cubre unos 100Km.

Obtenidos a partir de gas natural.

Con eso podemos hacernos una idea del precio que tendr谩 el hidr贸geno obtenido a partir de electricidad, si factorizamos el coste de esta. Este punto, se retomar谩 al final del art铆culo, porque obviamente, es donde est谩 el tema.

Pero antes, retomemos el tema de la hidr贸lisis, el proceso para obtener el hidr贸geno a partir de agua, porque precisamente es de esto de lo que van los art铆culos que 煤ltimamente est谩n saliendo en los medios de comunicaci贸n, bajo la etiqueta de 鈥楬idr贸geno Verde鈥, y que vienen a cuento de ciertos planes europeos con inversiones multimillonarias.

La mayor铆a de estos planes que se anuncian, y que obviamente muchas grandes empresas est谩n interesadas en promocionar (no hay PYMEs en este campo, precisamente, al menos que puedan competir), subrayan que la idea es usar agua de mar para hacer la hidr贸lisis.

Empecemos por recordar que el agua de mar es sumamente corrosiva. Si metemos electricidad, la cosa empeora. Sin embargo, hay un factor m谩s complejo detr谩s de todo esto.

Hace siglos, el que es reconocido como el padre de la qu铆mica, el franc茅s Lavoisier, desarroll贸 un m茅todo para obtener sosa c谩ustica disuelta en agua, para as铆 poder hacer jab贸n (se mezcla con aceite, y se produce la reacci贸n qu铆mica conocida como saponificaci贸n). Obtener sosa c谩ustica es muy f谩cil de hacer: se coge agua de mar y se le aplica corriente continua.

驴Les suena de algo?

El resultado que obten铆a Monsieur Lavoisier es un concentrado de agua y sosa c谩ustica, muy alcalino, m谩s una cierta cantidad de hidr贸geno (el elemento que se busca en este caso), ox铆geno y cloro gaseosos. Eso no s贸lo eleva la corrosi贸n generada. El impacto ambiental es terrible: se alcaliniza fuertemente el agua de mar de los alrededores, haciendo la zona inhabitable, e incluso se podr铆a llegar a prohibir el ba帽o. A la par, se emite mucho cloro gaseoso a la atm贸sfera.

Da igual que no se concentre tanto la sosa como con el proceso de Lavoisier. La producci贸n de sosa y cloro es directamente proporcional a la cantidad de hidr贸geno generado. Y se est谩 hablando de mucha. (Obviamente, de esto no se dice ni una sola palabra, menos a煤n ninguna explicaci贸n, en los art铆culos o reportajes que, sin embargo, no se cansan de etiquetar este proceso de 鈥榲erde鈥, 鈥榚col贸gico鈥, 鈥榬enovable鈥, etc. Habr铆a que ver esta informaci贸n c贸mo ser谩 tratada por la nueva ley de censura 鈥榲eracidad鈥 aprobada. Me la juego a que seguir谩 igual o incluso m谩s promocionada). Adem谩s, el efecto corrosivo que se ha mencionado implica unos elevados costes de mantenimiento. A eso, hay que a帽adir el coste por ineficiencia. La hidr贸lisis tiene rendimientos que van del 50 al 70%, y es un tema que ya est谩 bastante estudiado, as铆 que no cabe esperar grandes avances en este sentido.

Es m谩s, esos rendimientos s贸lo tienen en cuenta la electricidad que se le mete al proceso de hidr贸lisis, sin contar otros insumos energ茅ticos como el calentamiento del agua (los rendimientos suben con la temperatura), presurizaci贸n (铆dem con la presi贸n), bombeos varios, eliminaci贸n de la sosa diluida del proceso, etc. Tampoco tienen en cuenta que el hidr贸geno obtenido es de mala calidad, cosa que es sumamente importante para las celdas de combustible (como se ver谩 en el correspondiente apartado), y que hay que purificarlo.

La eliminaci贸n del cloro, presumiblemente para volver a meterlo en el agua para reducir el impacto ambiental, es otro insumo que no se tiene en cuenta. Claro que igual lo dejan libre en la atm贸sfera鈥 Hay que aclarar, para ser honestos, que es precisamente aqu铆 donde hay que trabajar y d贸nde se pueden dar mejoras (para que el rendimiento, al final, no baje del 50%). Y otro elemento que reduce el rendimiento, es que generalmente estos se suelen dar en condiciones particulares estables de proceso, no en fases de calentamiento, eliminaci贸n, procesos por lotes, o variables, intermitentes.

A medida que se reduce la estabilidad del proceso, el rendimiento cae. Todo eso implica, que para obtener un Kg de hidr贸geno (recordemos, 39,9 KWh), hay que invertir, en el mejor de los casos, 57 KWh, sin contar otros insumos. Muy probablemente, un valor m谩s realista est谩 entre 60 y 70 KWh, s贸lo para ese proceso.

Si en lugar de meternos con agua de mar, intentamos hacer la hidr贸lisis de agua dulce, en un principio nos encontramos con que estamos gastando un recurso que tiene otros usos importantes, como el agua de boca, el regad铆o, de consumo humano (sanitario) y de ganado, y el mantenimiento de caudales ecol贸gicos de r铆os.

Pero es que la hidr贸lisis de agua dulce generalmente suele pasar por meterle aditivos al agua para mejorar el rendimiento del proceso, obteniendo un residuo que NO es potable y que hay que procesar/eliminar. As铆 que el impacto ambiental de usar agua dulce es igualmente importante, e igualmente olvidado de forma muy conveniente por los interesados en la materia. No s贸lo eso. Hasta la fecha, todo proceso de hidr贸lisis para obtener hidr贸geno se ha hecho a partir de agua dulce, porque los catalizadores (aceleradores de la reacci贸n) de agua salada duran poqu铆simo debido a la cantidad de cosas diferentes que hay en el agua de mar y que los atascan, obstruyen, rompen, saturan, taponan, corroen, etc.

Es decir, se est谩 apostando contra un proceso nuevo que se sabe que es problem谩tico y no rentable (de momento, dir谩n) en detrimento de un sistema m谩s viejo, conocido y funcional鈥 que tampoco es rentable: recordemos que sigue sin usarse.

A la vista de todo esto, no cabe esperar que el precio del hidr贸geno 鈥榲erde鈥 sea m谩s barato que el del hidr贸geno conseguido a partir de gas natural, si bien hay dos elementos que hay que ver c贸mo se imputan: el coste de la energ铆a metida en el proceso (relacionada con el rendimiento), y las amortizaciones del equipamiento (a saber, no lo pagar谩n nunca las empresas, puesto que la Uni贸n Europea ya ha decidido que lo pagaremos todos nosotros de nuestro bolsillo, lo usemos o no, haya otras prioridades 鈥揷omo la sanidad, jubilaciones, paro, ayudas al Covid鈥 o no, lo primero son las grandes empresas 鈥榲erdes鈥 que van a explotar estas inversiones que tan gentilmente les pagamos los currantes de a pie, y que nunca aparecer谩n en el balance de cuentas, igual que las partidas de mantenimiento).

Por supuesto, habr谩 que ver exactamente el precio del hidr贸geno que se vender谩, y a qui茅n se le vender谩, y c贸mo se le vender谩. Sobre esto 煤ltimo, m谩s en pr贸ximas secciones.

Almacenamiento y transporte.

Como ya trat茅 en su momento, uno de los puntos complicados del manejo del hidr贸geno es su almacenamiento y transporte. Hoy por hoy, la gran mayor铆a del hidr贸geno que se produce se gasta en el mismo sitio en que se produce, al mismo ritmo que se produce, y pr谩cticamente en las mismas condiciones (y seguro que en las mismas instalaciones) en que se produce: las plantas de Haber Bosch por las que obtienen amon铆aco como precursor de los nitratos de fertilizantes.

Eso implica que no hay ni almacenamiento de hidr贸geno puro, y que el transporte, de haberlo, es de unos escasos metros. Y adem谩s su uso produce un elemento de elevado valor a帽adido. Cuando tratamos de usar en diferido el hidr贸geno, bien tenemos que almacenarlo, bien que transportarlo a otro lado para su uso. Muy probablemente, ambas cosas a la vez.

Los art铆culos que se han mencionado hacen referencia a ambas situaciones, si bien, bajo dos contextos diferentes y aplicables a la vez. Por un lado, est谩 el tema de meter el hidr贸geno, cuando se produce, dentro de la red de distribuci贸n de gas natural (y veremos un ejemplo muy claro e inmediato de inter茅s), donde el almacenamiento es m谩s bien secundario, y adem谩s se hace mezclado con el mismo gas natural.

Por otro lado, est谩 el almacenamiento y distribuci贸n de hidr贸geno para el uso en medios de transporte. Hablan de forma m谩s o menos clara, de su uso en camiones de distribuci贸n de grandes tonelajes y distancia, los trailers articulados habituales en nuestras carreteras y que mueven bienes y otras cosas entre pa铆ses de la Uni贸n Europea o incluso m谩s all谩. Tambi茅n entre ciudades relativamente separadas, como pueden ser Madrid, Barcelona, Valencia, Bilbao, Sevilla, La Coru帽a, M谩laga, etc.

Y de trenes, barcos y aviones. Empezaremos por el segundo caso, que es el menos favorable.

El hidr贸geno es una de las mol茅culas m谩s peque帽as que existen, as铆 que tiene una tendencia muy grande a 鈥榝iltrarse鈥 a trav茅s de paredes y los elementos de contenci贸n.聽Eso obliga a usar capas de forrado interno o 鈥榣iners鈥 de ciertos materiales que reducen su difusi贸n gaseosa. Pero estos liners no llevan muy bien los cambios de presi贸n y temperatura asociados al proceso de compresi贸n (para el llenado) y descompresi贸n (vaciado) de los dep贸sitos, lo cual obliga a hacer revisiones peri贸dicas.

El transporte del hidr贸geno gaseoso a alta presi贸n, como la que se usa para los veh铆culos el茅ctricos a celda de combustible, se ha demostrado no ser competitivo debido al peso y volumen del dep贸sito en comparaci贸n con la cantidad de hidr贸geno, que es muy ligero y poco denso (por eso se usaba para hacer dirigibles, como el Hindemburg).

Por eso, en bastantes casos, el transporte rodado (cami贸n o tren) se hace de forma criog茅nica, a 20K, es decir -253潞C lo cual hace m谩s factible el transporte a largas distancias, si bien a un coste energ茅tico notable para el enfriamiento y licuefacci贸n del hidr贸geno, m谩s la posterior regasificaci贸n.

Eso para largas distancias. O para almacenamiento local de 鈥榣arga duraci贸n鈥. Algo que reduce a煤n m谩s la eficiencia. Y causa otra serie de problemas con los materiales utilizados, haciendo los dep贸sitos caros.

Una 鈥榚mpresa鈥 acostumbrada a usar hidr贸geno, especialmente en fase criog茅nica, procura evitarlo en la medida de lo posible, y no se trata de cualquiera, sino de la NASA, que lo utiliza s贸lo en las etapas de mayores prestaciones de los cohetes. Para el resto, prefieren usar otras cosas como hidrocarburos refinados, o incluso un gas t贸xico como la hidrazina antes que el hidr贸geno.

Y es que el hidr贸geno es un elemento peligroso como para almacenarlo de cualquier manera. Por todo esto, su almacenamiento es bastante complicado, y parece ser que para el caso de veh铆culos, lo es todav铆a m谩s para cubrir todos sus requerimientos.

Hay bastante cient铆ficos que ante semejante problema, consideran m谩s recomendable el 鈥榠nvertir鈥 m谩s energ铆a y p茅rdidas para hacer metano sint茅tico, que usar el hidr贸geno, ya que es m谩s f谩cil de almacenar y manejar, por lo que el coste energ茅tico por un lado, compensa los problemas que da el hidr贸geno en este apartado por el otro.

Entrando m谩s en detalles, el almacenamiento que se est谩 trabajando para veh铆culos se hace en dep贸sitos a unas 700 atm. S贸lo comprimirlo (una vez) a estas presiones, ya implica perder alrededor del 7% de energ铆a.聽 Y hacen falta varias recompresiones, hasta que se alcanzan las 880 atm para poder rellenar el dep贸sito.

Peor a煤n. Hemos hablado de los liners. Un material habitualmente utilizado para estos fines es el polietileno de alta densidad (HPE, por sus siglas en ingl茅s), que es una variante del pl谩stico usado en las bolsas de s煤per esas que est谩n prohibidas (suele ser polietileno de baja densidad en ese caso). Y c贸mo sabemos, los pl谩sticos no son muy amigos de las altas temperaturas. Y al comprimir el Hidr贸geno a semejantes presiones, se alcanzan temperaturas de m谩s de 150 潞C, lo cual no es aceptable, especialmente para un liner que no lleva bien el calor, o los componentes org谩nicos de los composites necesarios para el dep贸sito.

As铆 que lo que se hace es enfriar el hidr贸geno ANTES de comprimirlo, a 40 潞C bajo cero. As铆 s贸lo se llegan a temperaturas de 85 潞C al final del proceso de compresi贸n, unos pocos minutos m谩s tarde. Es decir, en pocos minutos, un dep贸sito pasa de estar vac铆o meti茅ndole gas a -40 潞C, a estar sometido a presi贸n, 700 atm贸sferas, y a 85 潞C.

Si eso no es stress mec谩nico y t茅rmico鈥

Obviamente, eso implica que hay que revisar el dep贸sito a menudo para detectar posibles fallas, especialmente en el liner que es el que m谩s sufre el cambio t茅rmico, para reducir posibles fugas del peligroso gas que tiende a acumularse en las zonas altas (es decir, en el techo del habit谩culo del coche).

Y probablemente se tenga que sustituir cada cierto tiempo (驴cada 2 a帽os como los catalizadores?) Recordemos que las concentraciones de hidr贸geno en aire que son explosivas van del 4 al 75% (el gas natural s贸lo explota entre 5 y 15% de concentraci贸n en aire). Obviamente, si queremos que ese dep贸sito pese poco y ocupe relativamente poco espacio, estamos hablando de que la parte estructural tiene que ser de fibra de carbono, que no es precisamente barata. En cualquier caso, estamos hablando en todo momento de derivados del petr贸leo o otros elementos f贸siles como el carb贸n.

Y a煤n as铆 estamos hablando de dep贸sitos que ocupan m谩s de 180 litros, pesan decenas de kilos, 91 kg en el caso del Honda FCX Clarity, para s贸lo 4 kg de H2, que da como 400 km de autonom铆a. Y no se puede meter donde uno quiera, ya que tienen que tener forma esf茅rica o cil铆ndrica para poder soportar tama帽a presi贸n. En comparaci贸n, un dep贸sito de gasoil de 60 litros ocupa unos 62 litros, con cualquier forma, y pesa menos de 10 kg.

Adem谩s, para todo el proceso de almacenaje y distribuci贸n, hace falta el ir recomprimiendo el gas varias veces. Primero, para almacenarlo tras la producci贸n. Segundo, para meterlo dentro del cami贸n/barco de transporte que, para las circunstancias, podr铆a llegar a ser incluso un transporte criog茅nico. Tercero, para meterlo en la estaci贸n de recarga (igual hay pasos intermedios, como de barco a cami贸n, antes de llegar a la estaci贸n hidrogenera), y, por 煤ltimo, en el veh铆culo que lo va a gastar.

Dadas las sucesivas recompresiones, con sus respectivas refrigeraciones para evitar temperaturas que da帽en el liner prematuramente, estimar las p茅rdidas s贸lo en este apartado de presiones en un 10% es ser optimista. Sin hablar de refrigeraciones para transportes criog茅nicos, las p茅rdidas relativamente elevadas a esas presiones (del orden del 1% al d铆a).

Tampoco hemos abordado las p茅rdidas por el propio transporte, por el consumo del veh铆culo (o los veh铆culos) que distribuye el hidr贸geno generado. Habida cuenta del tama帽o y peso del dep贸sito, y que el uso del hidr贸geno no es precisamente muy eficiente, el gasto s贸lo por transporte es bastante m谩s elevado, m谩s del doble, con respecto, por ejemplo, del gasoil.

Por cierto, los barcos a gasoil (mejor dicho, b煤nker, para hablar con propiedad) tienen un rendimiento del orden del 50%, ya de por s铆 superior por defecto al del hidr贸geno.

Y eso que a煤n no hemo hablado de c贸mo se usa鈥

Celdas de combustible.

Cuando se habla de usar hidr贸geno en el transporte, hay dos modalidades posibles: una es la de 鈥榪uemarlo鈥 como gas en un motor de explosi贸n, y la otra es la de usar lo que se llama una celda de combustible. 鈥楺uemar鈥 hidr贸geno en lugar de otro combustible es algo factible con motores que normalmente consumen gasolina (con encendido por chispa, no por compresi贸n como los m谩s eficientes di茅sel), es decir, veh铆culos no pesados, y no es algo con un rendimiento espectacular, precisamente.

El uso de celdas de combustible implica veh铆culo el茅ctrico, puesto que dichas celdas, tambi茅n conocidas como pilas, b谩sicamente convierten el hidr贸geno en electricidad al realizar el paso inverso de la hidr贸lisis. De facto, es exactamente la misma reacci贸n que se produce en las bater铆as el茅ctricas de litio, de plomo, alcalinas, de N铆quel 鈥 hidruro met谩lico, etc.

La mayor diferencia entre estas 煤ltimas y las celdas es que mientras las primeras tienen todo lo necesario para su funcionamiento dentro, incluyendo el 鈥榗ombustible鈥, en las celdas de combustible s贸lo se tiene la parte que realiza la reacci贸n qu铆mica propiamente dicha, y en ciertas condiciones, pero no contienen el 鈥榗ombustible鈥, 茅ste es dosificado proveniente de un dep贸sito, y los restos, expulsados a la atm贸sfera.

Eso tiene un lado positivo: que el 鈥榗ombustible鈥 se almacena de forma separada, as铆 que es muy f谩cil de recargar, aumentar la capacidad, etc. sin modificar la celda de combustible. Pero tiene un lado negativo: al expulsar el resultado de la reacci贸n qu铆mica, a saber, vapor de agua (que ya se explic贸 que es un gas de efecto invernadero), no puede reprocesar 茅ste en una reacci贸n inversa, recuperando as铆 energ铆a, como s铆 pueden hacer la bater铆as el茅ctricas.

Dicho de otra forma, no puede hacer regeneraci贸n de energ铆a durante las frenadas o largas bajadas. Adem谩s, por la forma y las limitaciones de uso, que hacen que s贸lo funcione bien dentro de un estrecho margen de potencia, las celdas de combustibles se usan s贸lo para recargar la bater铆a principal del veh铆culo. Es decir, no eliminan la bater铆a el茅ctrica, s贸lo reducen su tama帽o (y precio), aunque eso tiene otras implicaciones como que acortan la vida 煤til de la misma.

Se est谩 investigando el usar packs de supercondensadores o bacitores en lugar de bater铆as, lo cual implica un menor peso, una mayor capacidad de potencia y una vida 煤til m谩s larga, pero no est谩 claro si el precio se va a compensar (no se destina dinero a la investigaci贸n de esa v铆a, seguramente porque ya hay demasiado comprometido con unas bater铆as de litio para las que este 2020 pronosticaban que una densidad de 1 kWh/kg, cuando en realidad no llegan a los 0,3 kWh/kg, menos de la tercera parte, a pesar de las grandes sumas invertidas).

Por tanto, las celdas de combustible no reducen de forma muy grande el peso del veh铆culo, ni su volumen, puesto que los dep贸sitos de almacenamiento de H2 son voluminosos, pesados y caros al no haberse alcanzado los objetivos que se hab铆an propuesto alcanzar para estas fechas.

Eso b谩sicamente implica que su uso ser谩 m谩s adecuado donde s铆 se note la diferencia, a saber, en veh铆culos que necesiten potencia, par y grandes capacidades energ茅ticas dif铆ciles de proporcionar por bater铆as de litio: los camiones de gran tonelaje y largas distancias. Qui茅n dice camiones, dice trenes en v铆as sin electrificar, barcos, aviones.

Hay m谩s elementos a tener en cuenta sobre las celdas de combustible. Para empezar, el rendimiento.Ese rendimiento depende de dos factores: la 鈥榗arga鈥 o % de potencia nominal suministrado, y el tipo de celda de combustible.

 

Tipo de Pila Electrolito Catalizador Temperatura de Operaci贸n(潞C) Potencia Eficiencia El茅ctrica(%) Usos Principales Ventajas Inconvenientes
PEMFC pol铆mero s贸lido Platino 80-95 (0,1-100)kW
  • 40-60 (pila)
  • 30-50 (sistema)
  • Veh铆culos de transporte (m谩s com煤n)
  • Aplicaciones estacionarias (residencial y comercial)
  • Telecomunicaciones
  • Temperatura de operaci贸n baja
  • Arranque r谩pido
  • Coste del catalizador
  • Sensibilidad a las impurezas del combustible
DMFC pol铆mero s贸lido Platino 50-120 1mW-100kW
  • 20鈥30 (pila)
  • 10鈥20 (sistema)
  • Aplicaciones de peque帽o tama帽o (tel茅fonos m贸viles, ordenadores port谩tiles, etc)
  • Facilidad de transporte del metanol
  • Alta densidad de potencia del metanol
  • Baja eficiencia
AFC soluci贸n de hidr贸xido de potasio en agua metales no preciosos 105-245 (10-100)kW
  • 60-70 (pila)
  • 62 (sistema)
  • Aplicaciones espaciales
  • Aplicaciones militares
  • Veh铆culos de transporte (menos extendido)
  • Rendimiento alto
  • Bajo coste de los componentes
  • Sensible al CO2 del aire
PAFC 脕cido fosf贸rico l铆quido platino sobre base de carbono 180-205 >10MW
  • 55 (pila)
  • 36-42 (sistema)
  • Aplicaciones estacionarias (residencial y comercial)
  • Veh铆culos de transporte (m谩s reciente)
  • Alta tolerancia a las impurezas
  • Coste del catalizador
  • Arranque lento
  • Baja densidad de potencia
MCFC carbonatos alcalinos sobre una matriz cer谩mica material de los electrodos (no platino) 650 100W
  • 50-60 (pila)
  • 47 (sistema)
  • Aplicaciones estacionarias (residencial y comercial)
  • cogeneraci贸n
  • Alta eficiencia
  • Admite gran variedad de combustibles y de catalizadores
  • Corrosi贸n debida a las altas temperaturas
  • Arranque lento
  • Baja densidad de potencia
SOFC s贸lido cer谩mico material de los electrodos (no platino) 800-1000 >100kW
  • 60-65 (pila)
  • 50-60 (sistema)
  • Aplicaciones estacionarias (comercial e industrial)
  • Cogeneraci贸n
  • Veh铆culos de transporte (trenes)
  • Alta eficiencia
  • Admite gran variedad de combustibles y de catalizadores
  • Corrosi贸n debida a las altas temperaturas
  • Arranque lento

 

 

La tabla anterior, extra铆da de la Wikipedia, da una idea de los tipos que existen hoy en d铆a. Los rendimientos de los que habla son rendimientos el茅ctricos: electricidad suministrada con respecto de la m谩xima te贸rica que se podr铆a obtener. Hay ciertas aplicaciones, empero, en las que se 鈥榓帽ade鈥 otra eficiencia: la calor铆fica para producir agua caliente o vapor a baja presi贸n/temperatura, puesto que ciertos tipos trabajan por encima de los 600潞C.

Entre los diferentes tipos, hay algunos que son muy delicados, y otros que son robustos. Hay muchos que utilizan metales preciosos como catalizador (habitualmente platino), y los hay que no. Y los hay que utilizan tierras raras (habitualmente Lantano, el m谩s com煤n de estos elementos qu铆micos, pero adem谩s suelen usar Itrio, otro elemento que no es una tierra rara, pero que se le considera como tal), y los hay que no.

Tambi茅n los hay que trabajan a temperatura ambiente, y los que trabajan 鈥榚n caliente鈥.

Vamos, que hay variedad.

Resulta que hay uno que es muy estimado por la industria, llamado SOFC, (celda de combustible de 贸xido s贸lido, y la MFC que es muy parecida), que tiene un gran rendimiento tanto el茅ctrico como calor铆fico鈥 porque trabaja a m谩s de 600潞C, no usa metales preciosos, es muy robusto en frente a la calidad del gas o incluso otros elementos usados para producir electricidad (hay variantes que usan metanol, metano, etc) y es relativamente durable, es decir, no hay que cambiarlo tan a menudo como otros tipos.

S贸lo que trabaja a m谩s de 600潞C, tarda una hora en calentarse al punto de trabajo necesario, utiliza tierras raras como el Lantano, Estroncio, Cerio y el mencionado Ytrio, a veces tambi茅n Zirconio鈥 todos ellos elementos que tampoco son baratos pero s铆 escasos, si bien tanto el Lantano como el Cerio son subproductos de extraer Neodimio y Disprosio, que son necesarios para el motor que tiene que mover a estos veh铆culos, o los grandes aerogeneradores de gran potencia.

A煤n as铆, el rendimiento de la celda est谩 en el 60% a r茅gimen estable (justo lo que no tienen los motores de los veh铆culos, un r茅gimen estable) sin contar las p茅rdidas por otros elementos, como ser铆a en el caso de un cami贸n, la refrigeraci贸n del calor sobrante, por la ca铆da de presi贸n del dep贸sito de combustible, o el consumo de combustible durante una hora para ponerlo a la temperatura de trabajo鈥 Y lo que se pierde por la intermitencia de ir cargando la bater铆a con per铆odos de no cargarla.

Hay otros que ser铆an m谩s adecuados para usar en coches incluso, sin problemas de calentamiento (trabajan a temperaturas bajas, incluso a temperatura ambiente), son menos voluminosos (no hay que enfriarlos), y no utilizan tierras raras鈥 utilizan platino, y duran poco, haci茅ndose necesario el cambio del catalizador de platino cada dos a帽os鈥 si la mala calidad del gas suministrado no lo estropea antes.

Y eso sin mencionar que, en muchos casos, la concentraci贸n de ox铆geno no es suficiente y como m铆nimo hay que comprimir el aire (para aumentar la cantidad de O2 presente en la celda y obtener el rendimiento establecido), por no decir que hay que llevarlo encima, de forma pura (sin el >70% de N2 que tiene nuestra atm贸sfera) y comprimida dentro de una bombona.

Algunas s贸lo quieren trabajar con ox铆geno puro o aire muy purificado, como la AFC. Sea el caso que sea de estos dos 煤ltimos, es otra bajada (encubierta, no contabilizada) del rendimiento, ya que hay que comprimir, y probablemente separar el ox铆geno, m谩s el problema de que consumimos m谩s porque tenemos que llevar m谩s peso, otro dep贸sito, etc. Eso, o el rendimiento de la celda cae mucho debido a la falta de ox铆geno. Cosa que se acent煤a con las alturas (subidas a monta帽as, localidades muy por encima del nivel del mar, como M茅xico capital), etc. Por no hablar de posibles fallos catastr贸ficos por contaminaci贸n por CO2, por ejemplo.

El mejor de los casos, contando solo p茅rdidas de electr贸lisis siendo 茅sta 贸ptima (70%) y una pila de combustible en el punto 贸ptimo (60%), tenemos un rendimiento del 42%. Si sumamos las p茅rdidas por la gesti贸n y el almacenamiento del hidr贸geno, el rendimiento no va a superar nunca un 30% real y efectivo.

P茅simo.

En comparaci贸n, un veh铆culo a bater铆a puro tiene un rendimiento de m谩s del doble, por encima del 70%. Eso implica que hay que producir como m铆nimo m谩s del doble de la electricidad de origen renovable que usando veh铆culos a bater铆a pura.

Y todo, para tener algo de almacenamiento, reducir algo el peso de los veh铆culos, ahorrar algo en unas caras, voluminosas y pesadas bater铆as, y as铆 tener la posibilidad de veh铆culos pesados de transporte que de otra forma ser铆an inviables. Am茅n de facilitar la recarga. Decir que semejante opci贸n es el futuro quiere decir una de dos cosas: o que no saben de qu茅 est谩n hablando, o que ya dan por imposibles los camiones de gran tonelaje a bater铆a, como ya dijo Bill Gates鈥 y algunos m谩s.

Lo m谩s probable: ambas cosas.

Resumiendo:

  • Un veh铆culo a celda de combustible no elimina la bater铆a, s贸lo la reduce.
  • Con ello, acorta la vida 煤til de dicha bater铆a, aunque se puede utilizar una de LiFePO que dura m谩s, con mayor peso, precio por kWh, volumen, y menor rendimiento al necesitar un 20% m谩s de litio que las utilizadas com煤nmente, y que no tienen margen de mejora apenas pues est谩n ya a un 98% del rendimiento te贸rico m谩ximo.
  • El peso y volumen del dep贸sito de hidr贸geno apenas compensa la diferencia de peso.
  • Las soluciones actuales utilizan materiales escasos y caros, y tienen sus inconvenientes para este tipo de aplicaci贸n.
  • El bajo rendimiento implica que hace falta mucha m谩s generaci贸n el茅ctrica. Y m谩s capacidad debido a que no puede regenerar energ铆a en tantos casos como las bater铆as.
  • La infraestructura de recarga, aunque en apariencia sencilla de transformar, no lo es tanto, y la log铆stica de reparto es otro problema a帽adido que implica utilizar much铆sima m谩s energ铆a que se pierde en comparaci贸n con otras opciones.
  • El precio est谩 por ver, pero todo apunta a que no ser谩 m谩s competitivo que las caras bater铆as.
  • Con estos datos, no parece para nada viable esta opci贸n, especialmente para veh铆culos ligeros y coches. Y qui茅n lo dice esta vez, es alguien con inter茅s en el tema de vender veh铆culos: VW.

 

  • Compartir:
X

Env铆e a un amigo

No se guarda ninguna informaci贸n personal


    Su nombre (requerido)

    Su Email (requerido)

    Amigo(requerido)

    Mensaje

    A帽adir comentario