Pilas de combustible e hidrógeno: parte de la

HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE
DRA. LORETO DAZA BERTRAND,
PRESIDENTE DE APPICE, ASOCIACIÓN ESPAÑOLA
DE PILAS DE COMBUSTIBLE
Pilas de combustible e hidrógeno:
parte de la solución energética
En la ‘revolución energética’, el hidrógeno, como vector energético, y las pilas de combustible,
como sistemas de transformación eficiente, jugarán un papel relevante por el que vale la pena
apostar.
L
a creciente demanda energética y el
tan manido ‘cambio climático’ requieren una profunda y seria reflexión en
cuanto a la generación de energía y al uso
que de ella hacemos. Es preciso incidir en
la utilización extensiva de fuentes y materias
primas renovables, así como en el uso racional de los combustibles fósiles, si queremos
que nuestro planeta perdure como un lugar
habitable. Las consecuencias del cambio climático están demostradas científicamente y
son devastadoras. Quizá nos hayamos acostumbrado a verlas en las películas y las tildamos de ‘ciencia-ficción’; pero no, es una
realidad a la que tendemos si no corregimos
la tendencia actual de emisión de gases de
efecto invernadero.
Las energías renovables son tecnologías
maduras que están plenamente introducidas en el mercado; van mejorando en eficiencia y coste gracias a un esfuerzo de investigación que no cesa para hacer de éstas
unas fuentes energéticas competitivas.
Hay dos aspectos significativos a los que
no se les está dando la importancia que
requieren y pueden ser clave: el almacenamiento y transporte de la energía desde el
centro de producción al de consumo, y el
sistema de transformación de la energía. Por
lo que respecta a las energías renovables,
hay que señalar su punto débil: su intermitencia puede repercutir directamente en la
seguridad de suministro.
Una solución plausible a estos problemas
es la utilización de hidrógeno y pilas de
combustible. El hidrógeno se ha conside-
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rado desde hace décadas como el vector
energético más adecuado para garantizar el
almacenamiento de energía eléctrica como
energía química, su transporte hasta el lugar de consumo con menores pérdidas y un
combustible ‘limpio’ para generar electricidad en el punto final evitando la emisión de
gases de efecto invernadero. Dado que el
hidrógeno puede obtenerse a partir de diferentes materias primas y fuentes primarias
de energía, se abre un panorama interesante de diversificación energética.
Por su parte, las pilas de combustible, cuyo
principio de funcionamiento se demostró
experimentalmente hace más de un siglo,
en 1839, son sistemas de transformación
eficientes que permiten convertir la energía
química de un combustible, como el hidrógeno o cualquier otro hidrocarburo u alcohol, en energía eléctrica y térmica mediante
una reacción electroquímica.
Aplicación en el sector del
transporte
Desde finales del siglo pasado son muchos
los avances científicos y tecnológicos alcanzados que ponen de manifiesto la viabilidad
para llevar al mercado esta tecnología. Sin
lugar a dudas, en el sector transporte, uno
de los grandes consumidores y más preocupante en cuanto a la contaminación que
provoca por el uso de combustibles fósiles,
la utilización de pilas de combustible alimentadas por hidrógeno se presenta como
la mejor solución. Se trata de vehículos eléctricos que no precisan de una estación de
recarga de baterías y cuya única emisión
es vapor de agua. Existen en la actualidad
muchos modelos que han demostrado su
eficiencia y viabilidad, sólo falta una apuesta decidida para implantar esta tecnología
junto con la infraestructura de suministro
adecuada. Por mencionar alguno, el FCX
Clarity ha estado haciendo giras por numerosas ciudades del mundo, entre las que se
encuentra Madrid, para demostrar que se
trata de una tecnología madura y lista para
entrar en el mercado como vehículo de emisión cero. Este vehículo está disponible para
uso comercial desde el año 2008. Honda ha
planteado alquilar este vehículo en California por menos de 500 dolares/mes antes de
final de año y ofertarlo para su adquisición
por unos 60.000 dólares. La entrada en el
mercado europeo está prevista para finales
de 2016.
Diversos estudios han constatado que,
para disminuir la contaminación en las
grandes ciudades, se impondrá en pocos
años el uso del vehículo híbrido. Se estima
que en una década harán su entrada en el
mercado los vehículos con pila de combustible alimentada por hidrógeno por la menor contaminación y mayor eficiencia que
ofrecerán. En este sentido, Honda y General Motors, trabajando en colaboración, se
han propuesto como objetivo para el año
2025 bajar el coste de este tipo de vehículos
para equipararlo al de los híbridos, serán los
‘eco-cars’ de un futuro no muy lejano. No
se quedan atrás otras empresas automovilísticas, la mayoría de las más relevantes,
energética
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que han apostado seriamente por esta tecnología. Cabe citar, por ejemplo, la empresa Audi, que recientemente ha anunciado
que será quien lidere la tecnología de pilas
de combustible con su Audi h-tron quattro
concept; este vehículo es capaz de alcanzar
una aceleración de 0 a 100 km/h en menos
de 7 segundos, una velocidad máxima de
600 km/h, tiene una autonomía de 600 km
y tan sólo consume 1 kg de hidrógeno por
cada 100 km.
Sistemas de generación de energía
distribuida
No menos necesaria es la implantación de
sistemas de generación de energía distribuida, donde la utilización de una pila de
combustible, por su alta eficiencia, presenta
un atractivo interesante. Estos sistemas pueden estar alimentados tanto por hidrógeno
como por cualquier otro hidrocarburo, generando electricidad y calor en el lugar de
consumo en el momento en el que se necesite, evitando así pérdidas por transmisión y
almacenamiento de energía. En función de
la potencia que se necesite se utiliza una pila
de combustible diferente, de baja temperatura (las denominadas PEMFC) para potencias en torno a 1-50 kW, y de alta temperatura (las de carbonatos fundidos o las de
óxido sólido) para potencias de 200 kW a
1-2 MW.
Son numerosos los proyectos de demostración en diversas partes del mundo que
han validado esta tecnología. En Canadá,
Estados Unidos, Japón, Corea del Sur, Alemania, por citar algunos, hay hospitales,
centros comerciales, urbanizaciones… que
utilizan sistemas de pilas de combustible entre 200-500 kW alimentadas por gas natural o biogás como generadores energéticos.
En Japón, por ejemplo, una red de hogares
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tienen instalado este sistema para su abastecimiento eléctrico y térmico, basado en
sistemas de pilas de combustible poliméricas alimentadas por gas natural. En España
concluyeron con éxito proyectos de demostración desde los años noventa; en la actualidad, Abengoa Hidrógeno está desarrollando un sistema con pila de combustible de
carbonatos fundidos de 300 kW suministrada por Fuel Cell Energy que pondrá en sus
instalaciones para abastecimiento eléctrico.
A nivel de investigación, el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC) y el Ciemat
han colaborado en el desarrollo de sistema
de 10 kW de potencia basado en una pila
de combustible polimérica y un procesador
de combustible que genera hidrógeno limpio a partir de biogás y bioetanol; los resultados obtenidos son muy prometedores de
cara a una transferencia tecnológica hacia la
industria para su comercialización.
Por último cabe citar las aplicaciones portátiles, donde la pila de combustible aporta
grandes soluciones en cuanto a durabilidad.
Entre las aplicaciones más destacables son
las de defensa, donde el Departamento de
Energía de Estados Unidos ha hecho grandes inversiones con resultados relevantes.
También empieza a vislumbrarse su utilización en otro tipo de sistemas, como UPS,
cámaras de vídeo, cargadores, móviles…
Recientemente, la universidad de Ciencia
y Tecnología de Pohand (Corea del Sur) ha
desarrollado una mini pila de combustible
de óxido sólido que podría alimentar un
teléfono móvil de forma ininterrumpida durante una semana; son resultados incipientes que aún precisan de optimización, pero
no están lejos de convertirse en realidad. En
Estados Unidos, un grupo de ingenieros del
Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley
ha diseñado un sistema de pila de combus-
tible con almacenamiento de hidrógeno en
grafeno con nanocristales de magnesio;
este novedoso sistema presenta un buen
rendimiento en términos de reversibilidad,
cinética y estabilidad del hidrógeno, lo cual
lo hace idóneo para su almacenamiento de
forma segura y eficiente.
En resumen, una pila de combustible, que
no es más que un sistema de transformación de energía química en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica,
mientras se suministre combustible y aire a
sus electrodos, puede ocupar un lugar importante en el engranaje energético por su
alta eficiencia. Al igual que ha ocurrido con
el resto de las tecnologías, que no han cesado de introducir mejoras, como por ejemplo
los coches, los ordenadores o los teléfonos
móviles, para disponer de unidades cada vez
más eficientes y menos costosas, las pilas de
combustible aún tienen por delante grandes
desafíos para hacerlas competitivas. No son
retos inalcanzables para la mente humana
por lo que llevamos visto en este último siglo,
donde los grandes avances científicos y tecnológicos son admirables. Pero no sólo nos
tenemos que preocupar de poner una base
en Marte o buscar otros planetas donde sea
posible la vida tal como la conocemos, tenemos que involucrarnos decididamente en
preservar nuestro planeta del desastre que
se nos avecina si seguimos elevando nuestro
consumo energético a costa desestabilizar el
ecosistema. Es necesaria, por tanto, una ‘revolución energética’ que cubra todas las necesidades que reclama hoy en día un estado
de bienestar, pero al mismo tiempo que sea
respetuosa con el medio ambiente para que
todas las especies de nuestro planeta puedan vivir y desarrollarse en armonía. En esta
‘revolución energética’, donde tienen cabida muchas tecnologías y donde se impone
un uso racional de los combustibles fósiles,
el hidrógeno, como vector energético, y
las pilas de combustible, como sistemas de
transformación eficiente, jugarán un papel
relevante por el que vale la pena apostar.
Como diría el escritor George Bernad Shaw,
“tú ves cosas que existen y preguntas ¿por
qué?; mas yo sueño cosas que nunca fueron
y me pregunto ¿por qué no?”. Se necesitan muchas mentes que no tengan miedo
de preguntarse “¿por qué no?” y que se
decidan a buscar respuestas a los retos que
la ciencia y la tecnología nos plantean para
llevar a cabo un desarrollo sostenible
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