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Pila combustible: cómo se produce el hidrógeno y cuál es su precio

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El futuro de los vehículos con cero emisiones pasa por el hidrógeno si lo que nos interesa es un coche capaz de funcionar de manera autónoma sin tener que enchufarlo a ningún sitio. Bueno, eso no es del todo cierto porque de vez en cuando tendremos que repostar hidrógeno para alimentar la pila de combustible con la que generar la electricidad.

La preocupación en Toyota tanto por los vehículos híbridos como eléctricos es bien conocida y son pioneros en muchos de los campos que éstos influyen de forma directa sobre el cliente final. En su gama tenemos una pequeña familia de híbridos (Prius, Prius plug-in hybrid, Prius+, Auris hybrid, Auris hybrid Touring Sports y Yaris hybrid) y el Toyota Mirai como primera baza en el mundo de los coches fuel cell electric vehicle (FCEV).

Un futuro tan prometedor como es el de la alimentación a través del hidrógeno supone unos costes de desarrollo de nuevos vehículos con su mecánica específica del mismo modo que lo supuso en su día el desarrollo del tren motriz híbrido. Pero en cambio, aquellos primeros híbridos no necesitaban ni un combustible específico ni una infraestructura propia para el repostaje y almacenamiento.

Sin entrar en materia del coste de implantación de nuevas estaciones de servicio capaces de suministrar agua hay que preocuparse de cuánto cuesta el nuevo alimento de nuestro motor de cara al bolsillo de quien tiene que parar a repostar.

Porque sí amigos, el hidrógeno es muy bonito, pero es una tecnología en plena pubertad que se tiene que desarrollar, asentar, amortizar y, como "daño colateral", abaratar su precio de adquisición. Tanto de los vehículos, de los equipos necesarios como del propio combustible.

Así de entrada, tenemos que comprender que no podemos encontrar un poco de hidrógeno suelto por el campo, cogerlo, meterlo en el depósito de nuestro coche y hacer kilómetros. El hidrógeno puro es un gas que no existe en la naturaleza por sí mismo pese a ser el elemento de la tabla periódica que más abunda. Para conseguir un hidrógeno utilizable tenemos que recurrir al procesado de alguno de los compuestos que lo contienen para, mediante procesos químicos, extraerlo.

A día de hoy existen varias formas de conseguir el hidrógeno y en todas ellas el consumo de energía necesario para obtener un kilo de hidrógeno (55 - 70 kWh) supera en casi el doble la energía que ese kilo de combustible produce (33 kWh).

Los procesos para la obtención de hidrógeno se dividen en dos tipos: los que procesan hidrocarburos y los que no. Pese a lo que podamos pensar en un primer momento hasta el procesado de hidrocarburos es más eficiente y menos contaminante que alguno de los procesos supuestamente "verdes".

Obtención de hidrógeno desde hidrocarburos

Toyota Mirai 1

Empezando por los que toman como base los hidrocarburos (generalmente se usa metano -gas natural-) tenemos el reformado por vapor, la oxidación parcial y el reformado autotérmico.

El reformado por vapor requiere una gran cantidad de energía (la mayor de los tres) debido a que hay que exponer el metano a vapor de agua a alta temperatura (800 - 900 grados) y una presión moderada (25 bares), lo que desencadena la reacción química del hidrógeno y del dióxido de carbono (o monóxido de carbono) con una eficiencia del 65%. Por cada parte de hidrógeno producida conseguimos tres partes de monóxido de carbono. Es el proceso más usado actualmente.

Con la oxidación parcial lo que estamos haciendo es básicamente el mismo proceso que una combustión al uso, oxidando parcialmente las cadenas de hidrocarburos para conseguir el hidrógeno. Como fuente de calor se usa una combustión controlada y no necesita catalizador ni aporte de oxígeno adicional. Su eficiencia es menor que en el reformado con vapor situándose entre una y dos partes de dióxido de carbono por cada una de hidrógeno.

En el caso del reformado autotérmico nos encontramos un punto medio entre los dos anteriores, con un proceso que no genera calor, y es el que tiene más visos de convertirse en la opción de futuro a medida que los procesos se vayan implantando. De momento, su gran escollo es que necesita una unidad de separación de oxígeno que inyecte oxígeno puro en el reactor. Tal y como suena, no es ni sencillo ni barato.

Los procesos sin hidrocarburos

Si nos separamos de los hidrocarburos para buscar el hidrógeno nos encontramos principalmente con dos métodos más: por biomasa o mediante electrólisis.

La biomasa no es una mole verde musculosa en pantalones cortos que destruye cosas, sino que es cualquier tipo de materia de procedencia orgánica que podamos usar como combustible. A mí personalmente es el proceso que me parece más interesante, porque podemos obtener hidrógeno de los procesos vitales de algas o bacterias.

Me parece hasta poético encontrar microorganismos capaces de producir hidrógeno que posteriormente ayude a propulsar nuestros vehículos, pero claro, son precisamente microorganismos. Ni hay muchos, ni son fáciles de encontrar, ni producen mucho hidrógeno, así que es muy complicado y costoso la obtención del combustible por esta vía. Salvo que tengas un microcoche.

Por último, tenemos la archiconocida electrólisis mediante la cual aplicando una corriente eléctrica al agua conseguimos por un lado hidrógeno y por otro oxígeno. ¿Sencillo? sí, pero limpio sólo si la electricidad utilizada procede de energías renovables. En caso contrario estamos volviendo a usar una energía "sucia" para obtener nuestra energía "limpia". Algo que es aplicable también al resto de procesos.

Ninguno de estos procesos son actualmente baratos, pero el almacenamiento es otro de los grandes problemas del hidrógeno aún más caro si cabe para el consumidor. Los tanques deben ser capaces de soportar altas prestaciones, ser completamente estancos y muy resistentes. Para su confección se usa fibra de carbono y resinas epóxicas, y cada una de sus válvulas y uniones deben hacer frente al gas más volátil existente.

Resumiendo mucho, el coche de hidrógeno necesita un montón de motores, procesos y aditamentos que hoy por hoy son muy caros. El Toyota Mirai, siendo de lo más barato disponible en cuanto a vehículos de hidrógeno, ronda los 70.000 euros.

Con un coste del hidrógeno en Alemania de ocho euros por kilo, usando cifras redondas diremos que por cada 100 km nuestro vehículo de pila de hidrógeno consume un kilo (algo menos en realidad). A razón de ocho euros por cada 100 km nos salen en un cálculo rápido e impreciso, más o menos lo que podemos pagar a día de hoy con cualquier turismo de combustión interna.

Toyota Mirai 2

Pero en realidad volvemos a lo mismo, es un producto "marginal" por el momento, casi imposible de encontrarse en el mercado y que necesita desarrollarse. Tiene que empezar a funcionar para asentarse del mismo modo que ahora lo están haciendo los coches eléctricos.

De hecho, un eléctrico convencional sí que es más eficiente y económico que uno eléctrico de pila de combustible de hidrógeno. Su precio de adquisición ya ha bajado considerablemente y su gran contra, la escasa autonomía, empieza a desvanecerse. Incluso ya hay un modelo (Tesla Model S) que supera los 500 km de autonomía con una recarga y prestaciones de auténtico deportivo.

Aún hay mucho camino por delante, no sólo para reducir los costes de producción, distribución y venta del hidrógeno amortizando la tecnología de tan reciente creación para que repercuta en el cliente final, sino también para disminuir aún más los costes medioambientales. El hidrógeno aún es joven y le queda mucho por aprender, pero si no hay valientes como Toyota que se implican al máximo, jamás se desarrollarían las nuevas tecnologías.

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