Funcionamiento de la pila de combustible en coches a hidrógeno

Desde tiempo atrás, ya no nos preguntamos solo '¿diésel o gasolina?'. Ahora hay muchas otras opciones y, aunque los coches eléctricos son los que más 'ruido' mediático están haciendo, lo cierto es que hay otras soluciones. Los híbridos eléctricos son, de momento, los que mayor acogida están teniendo. Pero también están los coches de pila de combustible; es decir, los que funcionan con hidrógeno.

Se trata de un dispositivo electroquímico instalado en los vehículos, gracias al cual por el flujo continuo de combustible y oxidante se produce una reacción química controlada para suministrar corriente eléctrica a un circuito externo. Esto es, explicado de una forma muy vaga, como funciona un coche de hidrógeno. Pero merece la pena ahondar en la cuestión y también en las ventajas que nos ofrecen.

¿Cómo funciona la pila de combustible en un coche de hidrógeno?

Estos coches se denominan 'de pila de combustible' porque, efectivamente, cuentan con una 'pila de combustible'. También se puede llamar célula de combustible o celda de combustible, que son otras denominaciones válidas para el sistema. Y se refieren específicamente a ese dispositivo electroquímico de conversión de energía, que funciona de una forma parecida a una batería.

Pero hay una diferencia importante y está en que el diseño de este dispositivo está orientado a abastecer de forma continua de los reactivos consumidos. Esto significa que, de manera constante, produce electricidad de una fuente externa de combustible y oxígeno, o de otro agente oxidante, mientras que una batería lleva a cabo su reacción para el almacenamiento de energía. No solo la finalidad es distinta, sino también el funcionamiento.

En una batería lo que ocurre es una reacción de electrodos, que cambian en función de si está cargada o descargada la misma. Y en una célula de combustible, sin embargo, lo electrodos son catalíticos y relativamente estables.

La pila de combustible se encarga de la transformación de la energía química que se almacena en los reactantes en energía eléctrica. Y en esta transformación no se pasa por las etapas de energía térmica y mecánica por las que se pasa con un diésel o gasolina, de tal modo que la eficiencia es mayor que en un motor de combustión interna. El punto clave está en la 'recolección' de los electrones que se transfieren durante la reconfiguración electrónica que da lugar a los productos y, en ello, hacerlos pasar por un conductor que genera la corriente eléctrica.

El combustible, que es el hidrógeno, se suministra a un electrodo que es el ánodo y sobre el cual hay un catalizador que se encarga de acelerar la reacción de oxidación del combustible. Además hay un oxidante, que es el oxígeno, que se suministra a otro cátodo diferente sobre el cual también hay un catalizador. En estos dos 'esquemas' se producen la oxidación y reducción, las dos reacciones que hay en un sistema de este tipo. Y entre ambos electrodos hay una membrana que se encarga de separar el flujo de reactantes, pero también de hacer las veces de electrolito

En el caso de los vehículos alimentados por hidrógeno, esta pila de combustible tiene unidos los electrodos generando un flujo de electrones como fuente de alimentación para un motor eléctrico.

¿Qué diferencia hay entre un coche de hidrógeno y uno eléctrico puro?

En un coche eléctrico puro, como sabrás, la impulsión del vehículo se lleva a cabo por un sistema eléctrico compuesto de uno o varios motores eléctricos ¿verdad? Y esto mismo ocurre también en un coche de hidrógeno. Pero la diferencia radica en la alimentación de estos motores, dada por una batería en los eléctricos puros y por una pila de combustible en el caso de los vehículos alimentados por hidrógeno.

¿La diferencia entre una pila de combustible y una batería? La primera seguirá produciendo electricidad siempre y cuando se le suministren tanto el combustible, que es el hidrógeno, como el oxidante, que es el oxígeno del propio aire. Y el eléctrico puro, con batería, tiene una capacidad de alimentación limitada a su capacidad de almacenamiento.

Es decir, que un coche con pila de combustible es un 'productor' de electricidad en sí mismo, algo que no es del todo cierto porque solo transforma energías, claro. Pero un eléctrico puro es tan solo un consumidor de esta electricidad, que tiene que venir suministrada de forma externa y que, sencillamente, se almacena en su batería para proporcionar un suministro limitado.

¿De dónde sale el hidrógeno para estos coches, y cómo se almacena?

Ahí la 'gran pregunta'. Porque no almacenarán energía eléctrica, como los eléctricos puros, pero para conseguirla necesitan de hidrógeno y oxígeno. La cuestión del oxígeno está resuelta con facilidad porque lo toma del propio aire, pero ¿de dónde consigue el hidrógeno? Y una vez conseguido ¿cómo lo almacena el vehículo?

Igual que ocurre en un coche de gasolina o diésel, en los coches de hidrógeno se almacena el combustible en un tanque. Están fabricados casi todos ellos de polímero reforzado con fibra de carbono y ubicados, además, en un armazón de aluminio. Estos tanques pueden almacenar en torno a cinco kilos de hidrógeno, pero un coche puede tener 4 ó 5 tanques de este tipo. Es decir, que podemos tener un almacenamiento de 20 ó 25 kg de hidrógeno, aproximadamente.

La autonomía de estos coches suele rondar los 500 km con 20 kg de hidrógeno. Porque, como comentábamos anteriormente, la eficiencia es muy superior por parte de la pila de combustible, y del motor eléctrico, que de un sistema basado en un motor de combustión interna.

Para conseguir ese hidrógeno tenemos que recurrir a una hidrogenera; es decir, algo así como una gasolinera, pero que provee de hidrógeno. Lo interesante es que el hidrógeno se puede conseguir de fuentes de energía renovables, el problema es que la disponibilidad de estas hidrogeneras es muy limitada en la actualidad.