Es el combustible preferido de la NASA y promete revolucionar la forma en la que nos movemos
En la industria automotriz se usa en pila de combustible para motores eléctricos o directamente en la combustión de propulsores térmicos; ¿puede el hidrógeno ser el futuro de la movilidad y ganarle la carrera a las baterías eléctricas?
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Es el primero en la Tabla Periódica de los Elementos (1 Hidrógeno 1,008) y el más liviano de todos. Es uno de los componentes más abundantes del planeta, ya que se encuentra prácticamente en todos lados, aunque escasamente en estado puro o forma aislada (gaseoso), sino combinado con otros elementos como el oxígeno formando moléculas de agua, o con el carbono, en combustibles fósiles y materia orgánica. Por ende, hay que buscarlo y apartarlo. La ciencia sostiene que constituye aproximadamente el 75 % de la materia del Universo y que es el combustible que consumen las estrellas. Fue un tal Henry Cavendish quien lo descubrió en 1766, cuando al poner ácido sobre algunos metales, advirtió que se desprendía un gas inflamable desconocido hasta entonces.
El químico Antoine Lavoisier lo bautizó con ese nombre en 1783, al combinar los términos del griego “hydro” (agua) y “genos” (generar), es decir un “generador de agua”. De ahí que es imprescindible para la vida, porque sin este elemento químico no habría agua (H2O).
Hay varias maneras de referirse a él o definirlo y desde hace años se lo menciona cada vez con mayor frecuencia en la jerga de la industria automotriz. Su inclusión en el listado de las fuentes de energías para la movilidad tiene una trayectoria bastante larga, puesto que desde hace décadas sobrevuela en las mentes de ingenieros y técnicos.
Si bien su evolución se debe en gran parte a la carrera espacial, ya que es la base del combustible predilecto de la NASA para impulsar cohetes, su relación con el transporte se remonta a los ascensos de los primeros globos llenados con hidrógeno. Luego fue adoptado por los dirigibles, y Ferdinand von Zeppelin -conde alemán-, uno de sus promotores. De ahí el advenimiento de los “zeppelines” y su desarrollo, de la mano del Helio.
Mientras que los combustibles fósiles producen CO2 que queda en la atmósfera como contaminante y es uno de los principales responsables del denominado “efecto invernadero”, lo bueno del hidrógeno es que no es tóxico y su impacto en el medio ambiente es considerablemente bajo. Su uso como medio para generar electricidad solo produce vapor de agua en forma de gotas.
Cuando las reservas de combustibles fósiles (crudo o gas) tarde o temprano lleguen a su fin, el hidrógeno se mantendrá inagotable, en absoluta abundancia. A esta altura y en lo teórico, este elemento ya iría ganando por goleada para su aprovechamiento en la industria, incluso ante los eléctricos a batería.
Sin embargo, la cuestión no es tan simple: el esfuerzo para su producción, la tecnología y construcción de la pila de combustible, más los tanques que deben soportar tanta presión, hacen que en la actualidad los costos sean muy elevados. Eso limita la fabricación a escala y es por eso que estos autos siguen siendo caros.
Obtención y almacenamiento
Hay diferentes técnicas para conseguirlo y almacenarlo. Entre las más conocidas está el proceso llamado electrólisis que, mediante electricidad, permite descomponer el agua apartando moléculas de hidrógeno y oxígeno. Lo ideal es que esa electricidad provenga de generación eólica o solar, porque ambas son renovables y por eso se lo podría definir como “hidrógeno verde”. También se puede extraer a partir de combustibles fósiles (“hidrógeno azul”), que lo contienen en su molécula, o se puede emplear gas natural para su obtención, el conocido como “hidrógeno gris”. Todos permiten separarlo de otros elementos químicos.
Ya separado y listo para usar en un vehículo, se almacena en tanques a una presión muy alta, de hasta 700 bares, casi unas 300 veces más elevada que la de un neumático. De esta manera, se puede transportar entre 4 y 7 kg de este combustible que se transforman en una autonomía real de unos 500 kilómetros.
Tamaño nivel de presión obliga a blindar los tanques de almacenamiento y eso hace que se disparen los costos. ¿Puede representar un riesgo su almacenaje? El peligro de explosión es más bajo que en otros combustibles, porque su alta volatilidad hace que, en caso de fuga, se disipe sin concentrarse lo suficiente como para producir una detonación.
Dos escuelas en la industria
No son pocas las marcas que miran al hidrógeno con absoluto cariño para el uso en vehículos, y es que representa ventajas interesantes en comparación con los eléctricos a batería. Las principales: tienen más autonomía y sus tanques se llenan más rápido (en apenas 3 a 5 minutos) que lo que demanda recargar un paquete de baterías. También son menos sensibles a las temperaturas extremas.
El primer punto a aclarar es que un vehículo a hidrógeno no necesariamente es eléctrico. Son dos los caminos que encuentra –al menos hoy- la industria automotriz: el del hidrógeno líquido como generador de energía para almacenar en una pila que luego alimentará al motor 100% eléctrico, y el del hidrógeno como combustible para ser quemado directamente en la cámara de combustión de un motor a explosión.
En los primeros, conocidos generalmente como FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) trabaja la llamada celda de combustible (o célula) que genera una reacción química al mezclar hidrógeno con oxígeno, de la cual sale una energía que se convierte en electricidad, sin mediar combustión alguna. La otra escuela es similar a la de los motores a GNC o GNL, utilizando un motor a explosión (cuatro tiempos para la admisión, compresión, ignición y escape) en el que se quema el hidrógeno. Y acá es necesario hacer un apartado, ya que este tipo de motores se usa desde hace bastante en vehículos conocidos como “bifuel”, es decir, que puede funcionar con este gas o bien con nafta, por ende, también tienen tanque de combustible. Así trabajaban algunos modelos como el caso de BMW o del Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid, un monovolumen que podía seguir a nafta si se acababa el hidrógeno.
Obviamente que los desarrollos recientes se centran en la exclusividad del hidrógeno, aunque por ahora tampoco han logrado que sea la forma más limpia, ya que, aunque en cifras realmente muy bajas, sigue generando emisiones de CO2 y óxidos de nitrógeno por la alta temperatura y presión dentro de la cámara de combustión. Por eso hasta ahora los de pila de combustible son realmente más limpios e inofensivos y, además, al utilizar el frenado regenerativo pueden mejorar su eficiencia general. Lo bueno, en pos del desarrollo, es que ambos sistemas se pueden apoyar para impulsar la infraestructura común de producción, transporte y distribución de hidrógeno, y también pueden usar los mismos tanques de almacenamiento para sus vehículos.
De los pioneros a los actuales
La atracción de la industria hacia el hidrógeno no es para nada nueva. Hay que remontarse 56 años para encontrar al primero de los vehículos. La autora del avance fue General Motors, que con la Electrovan ponía a prueba al pionero de los de pila de combustible, la que a su vez fue inventada en 1842 por William Grove (físico galés), quien presentó el dispositivo que genera esa reacción química entre hidrógeno y oxígeno. Aquel prototipo llevaba dos garrafas de gas, una con hidrógeno líquido y la otra con oxígeno líquido. Y volviendo a la astronáutica, resulta que las celdas de combustible tal como hoy se conocen son un derivado de la tecnología espacial, ya que provino del Programa Apolo.
Hoy, Toyota con la segunda generación del Mirai, Honda con el Clarity y Hyundai con el Nexo están entre las marcas que tienen uno o más exponentes de la familia del hidrógeno. Lo mismo pasa con los desarrollos de BMW, Ford, General Motors, Mazda y Nissan. El Grupo Renault, por su parte, está en los dos caminos. A partir de una alianza con la empresa estadounidense de baterías Plug Power puso en marcha la empresa HYVIA (“HY” por hidrógeno y “VIA” por el latín que significa camino), dedicada a la fabricación de vehículos impulsados por hidrógeno como alternativa a sus eléctricos E-Tech. Prometen gran autonomía para los comerciales livianos como Master Van H2-Tech para reparto urbano en uso muy intensivo, y Master City Bus H2-TECH con capacidad para 15 pasajeros y pensado para empresas y servicios públicos.
En tanto, con su marca deportiva Alpine, los del rombo exploran la técnica de inyección directa de hidrógeno en la cámara de combustión. Fue en el Salón de París donde se exhibió el prototipo Alpenglow como exponente de esta modalidad que parece asomar como un serio candidato para alargar la vida de los motores de encendido por chispa.
Por estos días, Hyundai está desarrollando una nueva generación de pilas de combustible de 100 y 200 kW, mucho más potentes y eficientes que las actuales. Peugeot y Citroën hacen lo propio con sus modelos comerciales, ya sea con el e- Expert o ë-Jumpy Hydrogen, al igual que Opel (otra marca del grupo Stellantis) con el Vivaro-e, como exponentes “fuel cell” con 400 kms de autonomía. NamX es una startup de origen francés que presentó el concept car HUV -con sello Pininfarina- haciendo alarde dos opciones de potencia: una de tracción trasera con 300 CV para alcanzar una velocidad máxima de 200 km/h y un 0-100 km/h en 6,5 segundos; y otra de tracción integral con 550 CV, capaz de alcanzar unos 250 km/h y acelerar de 0 a 100 en 4,5 segundos. Según se informó, llegaría al mercado en 2025.
El primer modelo en pisar nuestro suelo fue el Mirai y aunque no está a la venta en la Argentina y tampoco en los planes de Toyota para el corto y mediano plazo, es una demostración de lo que la marca japonesa está haciendo en esta materia. Se trata de un sedán con corte trasero tipo cupé impulsado por un motor eléctrico de 134 kW que entrega 182 CV, que se alimenta de una batería iones de litio de 1,24 kWh cuya electricidad es generada por tres tanques que suman 5,6 kg. Puede alcanzar una autonomía de 650 km con una carga. Para repostar la unidad que tiene en nuestro país, instaló una pequeña “hidrogenera” en su planta de Zárate, a partir de un convenio con Linde, empresa especializada en gases industriales y medicinales.
Y cuando mucho se habla de litio argentino para la producción de baterías, también ya ha habido algún coqueteo dentro del rubro del hidrógeno, como el de una empresa australiana que este año anunció una inversión de US$8400 millones para producir hidrógeno verde en la provincia de Río Negro. El desafío es grande, incluso para los países desarrollados como EE.UU., Japón, Alemania y Francia, donde las “hidrogeneras” ya son una realidad, aunque aún escasas y la construcción de una red que pueda soportar un creciente caudal de vehículos significa todo un reto.
Dependerá del nivel de inversión público-privada para garantizar la producción y el abastecimiento, como también el abaratamiento de la tecnología. Los expertos sostienen que en los próximos 10 años los costos de producción de hidrógeno verde caerán hasta en un 70% e incluso más si las condiciones son las indicadas. Aún ante todos estos desafíos por delante, el hidrógeno tiene grandes chances de instalarse como el futuro de la movilidad.
Por Pablo Epifanio
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