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Coches Hidrógeno

La Revolución del Hidrógeno

Poco a poco los fabricantes de automóviles van tomando conciencia sobre la contaminación ambiental y es por ello que día a día vemos más vehículos impulsados con energías alternativas y menos contaminantes.

Los fabricantes de automóviles han empezado la carrera más importante de los últimos 50 años, la que otorgará mayor gloria al primero en llegar. ¿Quién encontrará la mejor solución para prescindir del petróleo?

Existen dos tipos de motores que emplean hidrógeno, los motores de combustión, que lo utilizan como si fuera gasolina, es decir, lo queman en un motor de explosión, y los motores de conversión de pila de combustible, que utilizan el hidrógeno para producir electricidad.

Los coches de hidrógeno utilizan generalmente este gas (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. En uno de estos dos métodos:

 


En la combustión, el hidrógeno se quema en un motor de explosión, de la misma forma que la gasolina. Para obtener el Hidrógeno que luego se introducirá en las células, se ha de llevar a cabo un proceso de electrólisis Las células de hidrógeno son bastante caras de producir, necesitan ser muy resistentes para soportar las altas presiones a las que hay que almacenar el hidrógeno, además los catalizadores que se emplean en la reacción química se fabrican con materiales caros. Pese a sus inconvenientes, la propulsión mediante hidrógeno se perfila como una de las grandes apuestas para el futuro de la automoción.

Conversión de pila de combustible.

En la conversión de pila de combustible, el hidrógeno se convierte en electricidad a través de pilas de combustible que mueven motores eléctricos de esta manera, la pila de combustible funciona como una especie de batería. Al usar un motor eléctrico, estos motores son extremadamente silenciosos, y emisiones contaminantes nulas.

Algunas empresas involucradas en el desarrollo de la pila de combustible propugnan obtener el hidrógeno dentro del mismo coche, a partir de un combustible como gasolina o metanol. El que tiene más posibilidades de imponerse es la gasolina. Las moléculas de los hidrocarburos se pueden disociar en hidrógeno y carbono (dióxido de carbono). El CO2 se envía a la atmósfera (lo mismo que sucede ahora en los automóviles que queman gasolina). El hidrógeno, en cambio, no se convierte en agua hasta después de pasar por la pila de combustible, donde produce electricidad al reaccionar con el oxígeno. Este proceso para obtener hidrógeno a partir de hidrocarburos se denomina isomerización.

El hidrógeno es el elemento químico más ligero (14,5 veces más que el aire) y también, el elemento más abundante conocido por el hombre, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia del universo, es sin embargo muy escaso en la Tierra en su estado elemental, a diferencia de los combustibles de origen fósil, no se encuentra individualmente en la naturaleza, almacenado en yacimientos, sino que siempre forma parte de algo, como el agua.

La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene “in situ”, es decir, en el lugar y en el momento en el que se necesita. El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, se esta trabajando en reducir costes actualmente resulta más caro que obtenerlo a partir del gas natural.

Actualmente podría producirse coches de hidrogeno si no lo impidiera el precio de la pila de combustible, aún muy elevado.

Pila de combustible, iones de litio

Una pila de combustible, o celda de combustible es similar a una batería, pero se diferencia en el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos, produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno.
Es la encargada de transformar el hidrógeno en electricidad, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según como esté de cargada o descargada; en cambio la pila de combustible, los electrodos son catalíticos y relativamente estables.
Los reactantes típicos utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo.
Actualmente hay numerosos vehículos de hidrógeno, prototipos y modelos de coches hidrógeno que estan basados en la tecnología de celdas de combustible. Los únicos residuos que produce este proceso son agua y calor.

Componentes Coches Hidrógeno:

Tanque de hidrógeno: almacena el hidrógeno líquido a 700 bares de presión y 253 grados bajo cero. Los principales problemas que se deben resolver son tanto la seguridad del depósito como su peso.
Células de combustible: una caja que reúne hasta 400 unidades. Otro de los retos de esta tecnología, mejorar el rendimiento y reducir el número y peso de las células.
Batería: almacena la electricidad de las células de combustible y la que se genera en el frenado del vehículo. Se utiliza para los sistemas eléctricos y electrónicos del vehículo: luces, radio, etc.
Unidad de control de energía: sistema electrónico que gestiona la producción y consumo de energía según las necesidades.
Motores eléctricos: Puede ser uno central o uno en cada rueda. Son los únicos elementos mecánicos.
El núcleo de la pila de combustible es el PEM (Polymer Electrolyte Membrane) un “sándwich” formado por una membrana situada entre un ánodo (electrodo negativo) y un cátodo (electrodo positivo) hechos de carbono y platino. La membrana permite el paso de protones, pero no de electrones.
El PEM se encuentra a su vez insertado entre dos pletinas acanaladas. Por una de ellas llega el hidrógeno hasta el ánodo, produciéndose una reacción que separa los protones y electrones del gas. Los primeros pueden atravesar la membrana hasta el cátodo.
No así los electrones, que tienen que “dar un rodeo” por la propia pletina externa hasta alcanzar el polo positivo generando así la corriente eléctrica.
Por la otra parte de la pletina circula el oxígeno llegando hasta el cátodo. Las moléculas de oxígeno se encuentran allí con los protones de hidrógeno que han atravesado la membrana y los electrones que han llegado a través de la pletina.
El cátodo produce la reacción química que une las moléculas de hidrógeno y oxígeno con sus electrones generando agua y calor. Fuente:consumer.es

Motor de hidrógeno

El uso del hidrógeno es el método más limpio que se conoce, puesto que no produce ningún residuo, aparte de vapor de agua, que es inocuo. El mecanismo es relativamente sencillo: en una membrana especial se ponen en contacto el hidrógeno y el aire ambiental. La mezcla genera una reacción eléctrica que se canaliza hacia el motor y las baterías.
Lo complicado es embarcar el hidrógeno en los coches, puesto que hace falta bastante cantidad y, lo que es peor, es un elemento altamente inestable. Algunas investigaciones apuestan por embarcarlo a presión, en estado líquido o gaseoso, pero hacen falta depósitos muy pesados para evitar que se evapore.
Otros apuestan por depósitos que llevan dentro una especie de malla metálica que “atrapa” el hidrógeno y lo libera poco poco. Por último, la tendencia con más posibilidades de imponerse, es el reformado de hidrocarburos. Consiste en llevar en el coche gasolina o cualquier otro derivado del petróleo y hacerlo pasar por un dispositivo que separa el hidrógeno del resto de elementos del líquido en cuestión. Es un poco más contaminante, pero también muy limpio.

Vehículos de combustibles y tecnologías alternativas

1. Los coches híbridos tienen un motor de combustión interna y un motor eléctrico. El motor térmico se detiene en las paradas del vehículo y el eléctrico ayuda al térmico e los arranques y aceleraciones. Tienen freno regenerativo, que aprovecha la energía de frenada para producir electricidad, y baterías acumuladoras.
2. La pila de combustible es un sistema electroquímico que transforma la energía química en energía eléctrica y vapor de agua. Este concepto ofrece ventajas sustanciales sobre la tecnología clásica de combustión, no solamente por el aumento de la eficiencia (que puede ser superior en más de un 20%) sino porque cuando se utiliza el hidrógeno como combustible la única emisión producida es vapor de agua.
3. Los coches eléctricos están alimentados por baterías y no producen emisiones contaminantes en el punto de utilización, siendo además muy silenciosos.
Combustibles Alternativos
Como combustibles alternativos:
1. Gas Natural: difieren principalmente de los vehículos de gasolina en el sistema de alimentación y almacenamiento del combustible (en este caso mayoritariamente metano). En general son vehículos menos contaminantes que los convencionales.
2. GLP: en estos vehículos el combustible es una mezcla de propano y butano que se almacena comprimida en un depósito. Presentan ventajas medioambientales al emitir menos contaminantes que los carburantes convencionales.
3. Bioetanol: se produce a partir del azúcar, el almidón o la celulosa. Tiene un carácter renovable y presenta una clara ventaja en cuanto a reducción de emisiones de CO2.

3 comentarios para “Coches Hidrógeno”

  • Paulino:

    Hay que convertir energía térmica a bajas temperaturas en trabajo de eje. Es posible cerrar un ciclo termodinámico a temperaturas del aire líquido (100Kº) y realizar trabajo. Solo requiere salida térmica de la energía a expulsar, regenerando a través de varios módulos donde la masa del fluido de trabajo decrece de forma exponencial y con ello la energía que hay que expulsar. ¿Qué ocurriría si un motor así es posible crearlo?

  • Manuel:

    Hola, para mi el hidrogeno es el combustible del futuro, el problema son las hidrogasolineras, hace falta un impulso a su creacion para que esta tecnologia realmente pueda arrancar..

  • jose María del rio:

    Hola, no es que este instruido en el tema, pero a pesar de que sólo tengo nociones básicas de química, la cantidad de CO2 producida en la combustión de un hidrocarburo es la misma que la que resulta al extraer el hidrógeno, por lo que la única ventaja que veo en ese método es la misma que hay actualmente entre un motor eléctrico y uno de explosión, que no es más que: que el motor eléctrico tiene una relación combustible/potencia mejor, con esto quiero decir que hay un mayor aprovechamiento de la energía que se utiliza para producir una fuerza.
    El caso es que por otros motivos lleva unos días rotando este tema por mi cabeza y, ¿no sería la opción más eficiente y menos contaminante el intentar obtener el hidrógeno mediante electrolisis en el mismo vehículo intentando producir y almacenar este en el vehículo mediante una combinación de energía solar, las fuerzas de inercia del propio vehiculo, captores de energía residual de motor eléctrico, aprovechamiento de pendientes… utilizar una batería de alta eficiencia para que aún parado el coche pueda utilizar esta para generar más hidrógeno etc… Se trataría así únicamente de añadir agua pura a un depósito y recargar o sustituir una batería de ser necesario. Un saludo.

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