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Así ha evolucionado la tecnología de pila de combustible

Así ha evolucionado la tecnología de pila de combustible
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Mucho se está hablando últimamente sobre la pila de combustible de hidrógeno. Tanto que algunos expertos temen incluso una especie de burbuja que luego no sepa responder a las expectativas. Sin embargo, la pila de combustible y el hidrógeno como formas de energía no son algo nuevo.

Eso sí, aunque vienen de muchos años atrás, es ahora cuando están experimentando un gran desarrollo que consolida a este tipo de energía como alternativa real a otros sistemas contaminantes. Todo ha evolucionado, incluso aquel Toyota Mirai presentado en 2014 ha experimentado una gran mejora con la salida de su segunda generación.

El hidrógeno como combustible del futuro

En efecto, la industria del hidrógeno no es nueva. Como materia prima, se utiliza para la elaboración de muchos productos químicos (amoniaco, fertilizantes, etc.). También como combustible, sustituyendo a hidrocarburos como el petróleo o el gas natural.

De hecho, el primer motor de combustión de la historia fue con hidrógeno, y este elemento se emplea habitualmente en naves aeroespaciales. Gracias a la tecnología actual, se puede extraer tres veces más energía de la combustión de hidrógeno que de los combustibles habituales.

Pila Combustible Mirai 04

Como sabemos, el hidrógeno no se encuentra aislado en la naturaleza, por lo que hay que “producirlo” extrayéndolo de otros compuestos que lo contienen (los hidrocarburos o el agua). Precisamente una de las críticas que recibe esta industria es la gran cantidad de energía necesaria para producirlo, lo que acarrea emisiones contaminantes fruto del proceso. Por suerte, la tecnología ha avanzado mucho y ya hace viables formas limpias de producir hidrógeno que antes resultaban muy costosas.

La más conocida es la del proceso de electrólisis del agua, que utiliza electricidad procedente de energías renovables y resulta completamente limpia. Pero también existe el proceso con biomasa, en el que se usan algas y bacterias que producen hidrógeno de manera natural. A partir de los hidrocarburos se han desarrollado igualmente técnicas más eficientes, como el reformado autotérmico, que podría sustituir al tradicional método del reformado por vapor, con mayor impacto en el medio ambiente.

La pila de combustible, una gran alternativa a los motores de combustión

Pila Combustible Mirai 03

La pila o célula de combustible es otra forma de propulsión que tiene su historia. Sus comienzos datan de la primera mitad del siglo XIX, con las investigaciones de científicos como el suizo Christian Friedrich Schönbein o el británico William Grove. En 1882, Ludwig Mond y Charles Langer utilizaron por primera vez el término “pila de combustible” para referirse a estos sistemas.

Los modelos de todos ellos han servido para el desarrollo de las baterías que utilizamos hoy en día, para portátiles o generadores en edificios. Sin embargo, la gran evolución de la pila de combustible no vino hasta la segunda mitad del siglo XX. El británico Francis Thomas Bacon construyó una planta que obtenía energía a partir de hidrógeno y oxígeno, y pocos años después se empezaría a utilizar en las misiones espaciales.

Actualmente existen pilas de combustible que funcionan con una amplia variedad de elementos diferentes al hidrógeno y el agua. Pero lo cierto es que esta es la combinación más utilizada, ya que su “residuo” (el agua) puede resultar un recurso muy útil en lugares aislados (como las propias aeronaves).

Toyota comenzó a investigar en torno a la pila de combustible en 1992, con el objetivo puesto en producir algún día un automóvil propulsado con hidrógeno (lo que se llamaría posteriormente Fuel Cell Electric Vehicle o FCEV). No sería hasta 2014 cuando presentaría el Mirai, pero también ha desarrollado el autobús Sora o el camión de hidrógeno Hino, además de emplear su tecnología para impulsar barcos.

Las economías de escala, que se han multiplicado por 10 desde el primer Mirai, han sido fundamentales para la mejora exponencial de las pilas de combustible. Ahora, podemos fabricar una unidad en cuestión de segundos, cuando antes nos llevaba 15 minutos. Y se han reducido en un tercio las fugas del gas del tanque de depósito.

La segunda generación del Toyota Mirai o el gran salto para la pila de combustible

Pila Combustible Mirai 02

En 2019 Toyota presentó la segunda generación del Mirai. Las mejoras respecto a la primera son notables, y ya hay quien compara este salto con el que dio en su momento el Toyota Prius MKII, el cual verdaderamente popularizó los motores híbridos en los automóviles. Un cambio tan radical en la tecnología convierte al Toyota Mirai en la constatación de que el hidrógeno es factible como forma de propulsión de automóviles.

Lo que hace la segunda generación del Toyota Mirai es, dicho de forma muy sencilla, conseguir más con menos. Para empezar, la pila de combustible se ha reducido de tamaño y es más ligera, pasando de 56 a 52 Kg, al tiempo que aumenta su capacidad de potencia en un 14 %, hasta los 5,4 kW por litro. Del mismo modo, ha mejorado su funcionamiento a bajas temperaturas y ahora puede arrancar a -30 ºC.

Por otro lado, la reducción de tamaño ha conseguido liberar espacio para un tercer tanque de hidrógeno, lo que ha permitido aumentar la capacidad de los 4,6 kilos a los 5,6 kilos (que equivale a 142,2 litros comprimidos). Este mayor volumen se suma a un mejor coeficiente aerodinámico, que pasa a ser de 0,29. Con todo, se ha elevado la autonomía del vehículo en un 30 %, pasando de los anteriores 500 km a unos 650 km sin necesidad de repostar.

Vehículos de pila de combustible más eficientes

Pila Combustible Mirai 05

En las mejores economías de escala, que multiplicarán la producción del Toyota Mirai por 10, ha tenido que ver la base utilizada. Se ha recurrido a la plataforma de Toyota denominada GA-L, usada entre otros para el Toyota Crown o el Lexus LS.

Con el espacio ganado con respecto a la anterior generación, se ha logrado disponer los tres tanques en forma de T, pudiendo colocar la pila de combustible donde normalmente iría el motor de combustión, y el propulsor eléctrico sobre el eje posterior. Con ello se ha favorecido, además, una mejor distribución de los pesos, al 50 % en cada eje.

A la reducción de peso también contribuye la batería eléctrica, más ligera al pasar del níquel-metal hidruro al ion-litio, y con más capacidad (2,02 kWh por los 0,99 kWh anteriores). Pero el nuevo Toyota Mirai no solo es más ligero, sino que se siente como tal. A ese descenso en el peso se suma un motor eléctrico con un 12 % más de potencia, que alcanza los 182 CV. De esta manera, podremos alcanzar una velocidad punta de 175 km/h (que está limitada) y una aceleración de 0 a 100 en 9 segundos.

En definitiva, las sensaciones respecto al nuevo Toyota Mirai son muy positivas, tal como podemos ver en el vídeo que incluimos sobre estas líneas. Por supuesto, ayuda la nueva estética, que se aleja más del estilo familiar del Toyota Prius y se acerca más a un sedán deportivo como el Lexus LS con el que comparte plataforma.

Todo ello contribuirá a que el modelo pueda popularizarse más que su antecesor y que sirva para seguir impulsando la evolución de la pila de combustible.

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