HIDRÓGENO Y CELDAS DE COMBUSTIBLE. REFLEXIONES

HIDRÓGENO Y CELDAS DE COMBUSTIBLE. REFLEXIONES PARA UNA
OPCIÓN DE FUTURO.
Emilio Menéndez Pérez
Dr. Ingeniero de Minas
Profesor Honorario de UAM y UPM
El sistema energético que tenemos nos induce problemas muy importantes que afectan a la
sostenibilidad global de la Humanidad. Por un lado la incidencia en el medio ambiente,
donde los usos energéticos son responsables de la mitad de la “Huella Ecológica”, y de otro
la demanda de fuentes primarias de energía, en particular hidrocarburos, son causa de
guerras y conflictos internacionales.
Es necesario un cambio de modelo energético, en el cual serán necesarias acciones para
fomentar el ahorro y uso eficiente de la energía, junto con la búsqueda de nuevas fuentes
primarias de energía, y un mayor grado de cooperación internacional.
Entre las líneas que se apuntan para un futuro a medio plazo están el vector hidrógeno, y la
utilización de las celdas de combustible. Sobre ambas opciones es preciso hacer unas
reflexiones, tanto para conocer las expectativas que tenemos para que se transformen en
una realidad industrial, como los esfuerzos que hay que hacer para conseguirlo en el menor
plazo posible.
El hidrógeno no es una fuente primaria de energía, es un portador de energía, lo que
significa que se ha de disponer de una energía primaria para obtenerlo. En principio se
piensa en la electrolisis del agua, utilizando electricidad de origen nuclear, o mejor obtenida
de energía eólica. También es factible, aunque la tecnología es sólo incipiente, la
descomposición térmica del agua, bien con calor de energía nuclear o bien de procedencia
solar.
La opción de la energía nuclear supone problemas de relaciones internacionales muy
complejos. Si el hidrógeno es una de las soluciones de futuro y se obtuviera con energía
nuclear, no sería factible negar el acceso al ciclo completo nuclear a ningún país, sea cual
sea la opinión que nos merezca. Esto hace que sea mucho más práctico el desarrollo de la
opción eólica.
Hoy la paz, y la defensa frente a todo tipo de acciones incontroladas, sean las de un país y
su gobierno, sean las de grupos terroristas que actúan en lo que se ha dado en llamar
“ataques asimétricos”, debiera ser un objetivo de primer orden.
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La obtención del hidrógeno por electrolisis es un proceso con un rendimiento del orden del
75%. El hidrógeno es un gas de baja densidad, que conlleva una magnitud baja de energía
por unidad de volumen. Es preciso comprimir, o licuar, u otra forma de concentración para
que sea utilizable como tal vector energético, la energía consumida en esta operación
equivale a dos tercios de la contenida en el hidrógeno gaseoso.
Esto supone que desde la electricidad original a el hidrógeno utilizable como combustible
convencional, por ejemplo en la automoción, se tiene un rendimiento energético del 25%
aproximadamente. Esto, de momento, es un freno de tipo económico para el desarrollo de
esta opción.
Si se quiere que en el futuro el hidrógeno sea una parte significativa del suministro de
combustibles de automoción, se ha de pensar en volúmenes muy importantes de hidrógeno
y que se ligarían a grandes instalaciones de generación eólica.
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España consume unos 35 millones de tep en automoción. Consideremos que un tercio
de esa demanda se obtenga en forma de hidrógeno, 12 millones de tep.
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Para poner el hidrógeno equivalente en automóviles se precisaría: 140.000.000.000
kWh
•
Sí se obtuviera con parques eólicos en España supondría una potencia instalada, sólo
para este fin, de unos 60.000 MW.
•
Sí los parques estuvieran ubicados en la costa de Mauritania o en la Patagonia, la
potencia sería de algo menos de 40.000 MW.
Si hacemos unos números nos encontraremos que el coste del carburante puesto en el
automóvil se situaría entre 3 y 4 euros por litro equivalente de los actuales carburantes. No
nos asustemos, el pico del petróleo puede aparecer en unos veinte años, y entonces el
carburante convencional alcanzará ese precio, o tendremos guerras para disponer del
mismo.
Por lo tanto, aunque nos parezca difícil el desarrollo y extensión de la tecnología del
hidrógeno, es necesario trabajar en el binomio energías renovables – hidrógeno, en todas
sus facetas.
Las celdas de combustible son un proceso de transformación de la energía, recuperando la
química contenida en ciertos combustibles para obtener electricidad con rendimientos
energéticos buenos, mejores previsiblemente que la correspondiente a los ciclos
termodinámicos.
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Se basa en la aplicación de procesos de oxidacción reducción, electroquímicos, que
adicionalmente tienen la ventaja de no dar lugar a la formación de óxidos de nitrógeno que
aparecen el la combustión convencional.
Las celdas de combustible se pueden aplicar a la generación de electricidad, o bien para ser
el equipo motriz en los vehículos automóviles. Esta segunda opción pudiera ser de
aplicación amplia, junto con la utilización del hidrógeno, para dar salida al problema de la
movilidad en dos o tres décadas. La generación eléctrica parece que puede comenzar por
pequeñas instalaciones del llamado “suministro seguro” para aplicaciones diversas.
Las celdas de combustible presentan otro reto de desarrollo tecnológico, en aspectos tales
como nuevos materiales o sistemas de control. Se han de conseguir objetivos tales como:
•
Rendimientos de transformación elevados en funcionamiento continuado, más de 40%
en las de baja temperatura aplicables a automoción, y cerca del 60% en la de alta
temperatura aplicables en generación eléctrica.
•
Flexibilidad de respuesta en cualquier condición de funcionamiento, tanto en
automoción, como en generación, en especial para los casos de aplicación distribuida.
•
Vida útil equivalente a la de los sistemas convencionales, incluyendo en ella un número
alto de arranques y paradas; esto es muy importante en la automoción, donde la vida útil
es de menos horas que a correspondiente a la generación eléctrica.
En celdas de combustible es necesaria una amplia labor de I+D, con instalaciones de
demostración de muy diverso tipo. Debieran considerarse objetivos de aplicación comercial
extendida en dos o tres décadas.
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