Celdas de combustible. Del hidrógeno a la electricidad

El hidrógeno y los motores eléctricos Hay dos maneras de utilizar el hidrógeno para obtener la energía que mueva el motor (de un vehículo, por ejemplo). Una de ellas, la más explosiva - nunca mejor dicho -, consiste en utilizar el hidrógeno (por ejemplo a partir del propergol) como combustible en un motor de combustión, además del oxígeno, claro, como comburente. Dichos motores son propios de cohetes para situar una nave espacial en órbita, no de otro tipo de vehículos. Son muchos los problemas de este tipo de motor, el principal es su peligrosidad por la posibilidad de explosionar el hidrógeno, su alto consumo de combustible y su alto nivel de ruido, principalmente su peligrosidad, puesto que además, una vez iniciada la reacción no se puede detener hasta haber agotado el combustible. Los motores eléctricos de pila de hidrógeno. La otra forma de utilizarlo, sin explosiones, sin gases contaminantes ni altas temperaturas, se basa en la obtención de una corriente eléctrica a partir de una reacción de oxidación-reducción que como, únicos reactivos requiere hidrógeno y oxígeno. Dicha reacció proporciona energía eléctrica que luego, de forma ya muy conocida, se convierte en energía mecánica mediante un motor eléctrico. Muy probablemente los motores de combustión y los motores de explosión estén llamados a ir dejando paso a esta nueva generación de sistemas de propulsión. Así mismo, la pila de hidrógeno puede utilizarse para almacenar energía (química), facilmente convertible en eléctrico cuando la necesitemos; es por ello que en un futuro, posiblemente incluso llegue a sustituir las baterías convencionales, algunas de ellas muy contaminantes (por su contenido en metales pesados: niquel, cadmio, mercurio, plomo). Dichos dispositivos reciben nombres equivalentes: "pila de hidrógeno", "celdas de combustible", o "pilas de combustible", entre otras. Una celda de combustible consiste básicamente en una membrana catalizadora (actualmente suele ser polimérica) conductora de protones (iones de hidrógeno cargados positivamente) que separa el ánodo del cátodo y hace las veces de electrolito. Para que esto funcione se necesita, como reactivos, hidrógeno y oxígeno (el contenido en el aire del ambiente). Los electrodos, ánodo y cátodo, a diferencia de los de una batería que reaccionan y se alteran, en una pila de combustible son catalíticos - propician la reacción pero no intervienen en ella, luego, son, en principio, estables químicamente. En el lado del ánodo, el hidrógeno esparcido en el catalizador se disocia en protones y electrones. Los primeros van a parar al cátodo, a través de la membrana de polímero conductor que hace las veces de electrólito, y los electrones circulan por el circuïto externo (he aquí la corriente eléctrica que movera el motor (eléctrico, claro). Por otra parte, en el cátodo, los protones reaccionan con las moléculas de oxígeno del aire, dando como producto de la reacción vapor de agua y, claro, calor. El rendimiento de una pila de combustible que funcione con hidrógeno (70 ) suele ser más bajo que el de una batería convencional (90 ), pero las ventajas son evidentes (contaminación - por lo menos en cuanto a la reacción en sí se refiere - nula y motores más limpios y silenciosos). Cada pila (celda) de combustible crea una tensión de 0,8 V, aproximadamente. Por lo tanto se suelen agrupar en serie para obtener la tensión necesaria para mover un motor eléctrico. Hay muchas esperanzas depositadas en esta tecnología, en especial, atendiendo los efectos paliativos del cambio climático originado por las sociedades humanas tecnificadas. Cómo almacenar el hidrógeno en un vehículo ? Por supuesto, el almacenamiento del hidrógeno es uno de los procesos clave. El hidrógeno se encuentra en estado gaseoso en condiciones normales de presión y temperatura. Hasta ahora, se ha almacenado el hidrógeno licuado, con lo que, para ello se requiere muy alta presión. A bordo del vehículo, ello entraña peligro, coste y dificultades. Uno de los objetivos es precisamente coseguir almacenar el hidrógeno de forma que puedan evitarse estos importantes problemas. Ya de por sí, tal cosa sería inviable en determinados tipos de vehículos (un automovil o una pequeña embarcación, por ejemplo). Pero, hay otra forma de hacerlo: la adsorción de hidrógeno entre las moléculas de nuevos materiales (nanoporosos). Muchos equipos de investigación en Ciencias de Materiales están persiguiendo este objetivo. Se está investigando con materiales compuestos de carbón activado, zeolitas y arcillas apilaradas. Estos materiales cumplen cuatro requisitos: tienen resistencia mecánica y son seguros, además de ser ligeros y barato. Se utilizaron ya las pilas de combustible en el proyecto Apolo (NASA) que llevó al ser humano a pisar la Luna hace ya casi 40 años (en concreto la pila AFC, acrónimo de "alkaline fuell cell", sin embargo, su auge se ha visto enlentecido por directrices económicas y políticas que gobiernan el mundo. Existen ya submarinos que están provistos de pilas de combustible y que les conceden una gran autonomia y habitabilidad. Visto como va todo en lo que se refiere a la necesidad de reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmosfera, parece probable que las celdas de combustible sustituirán también a las baterías convencionales en un futuro no muy lejano de forma generalizada, con lo cual se reducirá la contaminación por metales pesados (plomo, cadmio, mercurio ...), materiales que en las baterías y pilas convencionales se usan como electrodos y que, claro, se alteran químicamente. El hidrógeno puede obtenerse de la disociación de la molécula de agua, invirtiendo energía de otras fuentes; de ahí, por ejemplo, los paneles de células fotovoltaicas que haría las veces de "gasolinera" para las celdas de combustible al ayudar a suministrar la energía necesaria para romper las moléculas de agua e ir llenando así el depósito de hidrógeno. También se puede obtener el hidrógeno de otras moléculas que lo contengan - diesel, metanol, etcétera -, pero claro, en ese caso, hay otros productos de reacción, como por ejemplo, el dióxido de carbono. En cualquier caso, todo esto, amigos, tiene mucho futuro, especialmente, si pensamos en aplicarlo a los motores auxiliares de nuestros veleros. Queda, por supuesto, mucho camino por recorrer.