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Innovación, Pack de baterías para automóviles, Coches propulsados por hidrógeno

Tecnología de pilas de combustible de hidrógeno: ventajas, desventajas y aplicaciones

29 marzo 2022

La tecnología de pila de combustible de hidrógeno es, probablemente, la opción de generación de energía automotriz más rentable de que disponemos en la actualidad. ¿Qué es una pila de combustible de hidrógeno y cómo funciona?

¿Qué es una pila de combustible de hidrógeno?

En el futuro, las pilas de combustible de hidrógeno podrían utilizarse en vehículos de motor de un modo generalizado. Esta solución tiene muchas ventajas, y todo parece indicar que los coches propulsados por hidrógeno se volverán cada vez más populares. No obstante, es importante recordar que las pilas de combustible de hidrógeno, al igual que cualquier otra tecnología, tienen ciertas limitaciones. Pero, en primer lugar, es importante saber cómo funciona este sistema y de qué manera puede suministrar energía al motor de un vehículo.

Independientemente de su tipo, la función de una pila de hidrógeno es generar electricidad a través de la oxidación del combustible que la alimenta. El funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno, sin embargo, es completamente diferente al de las pilas galvánicas, que incluyen baterías y acumuladores. A diferencia de este tipo de componentes, las pilas de combustible de hidrogeno no necesitan recargarse y pueden empezar a funcionar desde el mismo momento en que se  les suministra combustible.

En la pilas de combustible de hidrógeno los electrodos se sumergen en un electrólito y utilizan hidrógeno, en el ánodo, y oxígeno, en el cátodo, para entre otras cosas eliminar las sustancias nocivas producidas durante el proceso de combustión. De esta manera, únicamente se libera vapor al medioambiente.

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¿Cómo funciona una pila de combustible de hidrógeno?

Gracias al uso de hidrógeno, el proceso de combustión del combustible no modifica la composición química de los electrolitos ni de los electrodos. Este es otro aspecto diferencial respecto a las pilas de combustible y las pilas galvánicas. Estas últimas sí pueden provocar cambios en las sustancias utilizadas, por lo que deben ser recargadas. 

El funcionamiento de una pila de combustible de hidrógeno es bastante simple: el hidrógeno libera electrones, que luego reaccionan con el oxígeno para producir electricidad, dejando solo vapor como subproducto de la reacción. Algunas células usan compuestos que contienen una gran cantidad de hidrógeno, como metano o metanol, en lugar de hidrógeno puro. En estos casos, la eficiencia es ligeramente menor y el proceso de combustión produce una pequeña cantidad de dióxido de carbono.

Aplicaciones de pilas de combustible de hidrógeno

Las pilas de combustible de hidrógeno tienen bastantes aplicaciones en diversas industrias:

•    Tecnología energética, para suministrar energía a lugares donde no es posible el  acceso a la red eléctrica.
•    Construcción de robots autónomos.
•    Sistemas de energía de emergencia.
•    Industria de la automoción.

El último punto es especialmente digno de destacar. Los motores de pila de combustible de hidrógeno son una solución que está siendo adoptada por un número cada vez más mayor  de fabricantes de coches. Ya hay varios modelos de las mejores marcas fabricados con este sistema. Además, la eficiencia de las celdas de combustible de hidrógeno es muy alta, lo que permite su uso incluso en los autobuses.

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Automóviles de hidrógeno: tecnología, infraestructura y otros factores que influyen en su implementación

Aunque la tecnología actual tanto de las pilas de combustible como de los motores de hidrógeno está bastante avanzada, todavía nos encontramos lejos de que se adopte a gran escala
Sin embargo, están confluyendo diferentes factores que pueden impulsar el uso del hidrógeno como energía para los automóviles, de forma definitiva, en un futuro muy próximo. Por ejemplo, las regulaciones vigentes: la Unión Europea, en colaboración con otras organizaciones, está poniendo un gran énfasis en el respeto al medioambiente, apoyando iniciativas relacionadas con combustibles alternativos.

Una ventaja decisiva en el funcionamiento diario de un coche de hidrógeno es la amplia disponibilidad de este elemento: se puede encontrar en casi cualquier lugar, lo que mantiene los costos en el mínimo. En los últimos modelo de coches de hidrógeno, un depósito permite viajar más de 700 km, lo que es una ventaja significativa respecto a los vehículos eléctricos.

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Sin embargo, la falta de infraestructura disponible para el suministro de vehículos de hidrógeno es un obstáculo importante. En el conjunto de Europa se estima que, en la actualidad, solamente funcionan unas 200. Aun así, hay muchos proyectos que prevén la construcción de nuevas estaciones de servicio de hidrógeno en los próximos años.

¿Cómo alimentar un coche de hidrógeno?

Desde la perspectiva de los conductores, el proceso de repostaje es similar al de un coche de combustión. Sin embargo, existen algunas diferencias importantes: una es que el hidrógeno, en las estaciones de servicio, se suele medir en kilogramos en lugar de litros. Además, repostar un coche de hidrógeno requiere un control mucho más cuidadoso de la velocidad de bombeo, con el fin de evitar alcanzar temperaturas muy altas, que  podrían resultar peligrosas. El tiempo que tarda en cargar un coche nuevo de hidrógeno en una estación es de unos 3 minutos.

Precios de los coches hidrógeno

Los coches de hidrógeno son bastante caros: los precios de los modelos disponibles en Europa rondan los 65.000 euros. Sin embargo, con el desarrollo de la infraestructura y la creciente popularidad de los combustibles alternativos, las cifras irán bajando gradualmente, como ya ha ocurrido con los coches eléctricos. 

Las regulaciones legales de la Unión Europea y los estados miembros pueden jugar un papel importante a la hora de reducir precios: en algunos países, los conductores cuentan con ventajas asociadas al uso de este tipo de coche.

Pilas de combustible de hidrógeno: ventajas y desventajas

La construcción de las pilas de combustible de hidrógeno es relativamente simple, al igual que su principio de funcionamiento. Esto hace que la energía química se puede convertir en electricidad de forma muy rápida y sencilla. Al mismo tiempo, el riesgo de errores y anomalías es muy bajo
Otra gran ventaja de utilizar este tipo de pila de combustible es que no produce un impacto negativo sobre el medioambiente. A diferencia de lo que ocurre con los combustibles sólidos, que emiten substancias contaminantes y nocivas, al quemar hidrógeno únicamente se produce vapor, que es un elemento totalmente neutro. 

Además, la pila de combustible de hidrógeno genera muy poco ruido, permite un funcionamiento eficiente durante largos períodos de tiempo y la posibilidad de realizar sobrecargas instantáneas de gran volumen. 

Otro punto a favor de las pilas de hidrógenos es que, aunque una sola celda produce una corriente de muy baja tensión (entre 0,5 y 1 V), se pueden combinar en casi cualquier número, lo que permite una escalabilidad considerable y una amplia aplicación.

La parte negativa de las pilas de combustible de hidrógeno es el alto coste de los materiales utilizados para producir los catalizadores. Por otro lado, la eficiencia de este tipo de sistema es menor que al almacenar energía en baterías. Otra desventaja es que el proceso de producción de hidrógeno requiere también de un aporte de energía

Pese a todo, se considera que el hidrógeno tiene un considerable potencial como fuente de energía, tanto para coches como para aplicaciones estacionarias. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología que aún está en fase de desarrollo. En contrapartida, el valor de las empresas de este sector aumenta constantemente.

Soluciones de vanguardia para la electromovilidad con Knauf Automotive

Las pilas de combustible de hidrógeno se están volviendo cada vez más populares, por lo que se les vaticina un futuro halagüeño. Por este motivo, es recomendable recurrir a soluciones que funcionen bien en esta tecnología, caracterizada por su rápido crecimiento. 

Las celdas de las baterías modernas utilizan componentes de espuma de Polipropileno Expandido (EPP), que proporcionan un aislamiento térmico eficaz junto con una gran protección contra golpes y daños. Uno de los principales fabricantes de dichas piezas es Knauf Automotive, que también ofrece otras soluciones innovadoras de electromovilidad.

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