Cambiemos a otra interesante opción de energía sustentable y permítanme darle la bienvenida a la celda de hidrógeno, también conocida en idioma castellano como pila de hidrógeno o celda de combustible y en inglés es conocida con el término de fuel cell. Antes de entrar a comentar sobre esta moderna versión de celda electroquímica, hagamos primero un repaso sobre varios aspectos que son fundamentales para conocer y entender la eficiencia y la base del funcionamiento de la celda de hidrogeno.Hablemos primero del protagonista principal de esta fuente… El hidrógeno. El hidrogeno molecular es considerado un combustible limpio, ya que cuando se combina con oxígeno en una celda electroquímica, produce calor y electricidad, siendo el vapor de agua el único subproducto que se genera durante la reacción. Pero el hidrógeno no existe libremente en la naturaleza. Solo puede conseguirse a través de la separación de otros compuestos químicos, en los cuales el hidrogeno se encuentra enlazado y, para cuyo caso, se requiere utilizar fuentes de energía para alcanzar dicha separación. Aparte que su combustión es limpia, la utilización del hidrógeno como fuente de energía que alimentan a celdas electroquímicas, también nos permite la opción de almacenamiento. Esto lo hace altamente ventajoso para su uso en el transporte. ¿Y cuales son las formas mas comunes para obtener hidrógeno? Este gas se puede conseguir a través de varios métodos. Los que mas se destacan son: Procesos térmicos, tales como los reformadores con vapor que incorporan metano o gasificación con carbón e hidrocarburos líquidos. También tenemos algunos procesos Biológicos. Y obviamente el mas conocido de todos:… La electrólisis. En esta cartulina electrónica tenemos un esquema de reformadores con vapor a partir de metano. Este procedimiento es el responsable de la producción de mas del 75% del hidrógeno molecular utilizado para satisfacer la demanda petroquímica y energética mundial. Las unidades de reformadores con vapor en las refinerías son los sitios en donde se realiza este proceso. El mismo consiste en exponer al metano a vapor de agua, a elevadas temperaturas y alta presión. Como resultado de la reacción química, se produce hidrógeno y dióxido de carbono y, dependiendo de la mezcla reformada, también pudiéramos tener monóxido de carbono. Aquí tenemos el caso del proceso térmico de gasificación de carbón o de hidrocarburos líquidos. El hidrógeno se obtiene reaccionando primero carbón o los hidrocarburos líquidos con oxígeno y vapor de agua a altas presiones y elevadas temperaturas para así formar gas de síntesis (syngas). Además de la obtención de hidrógeno, también se alcanza a producir monóxido de carbono, dióxido de carbono, amoníaco, e inclusive metanol (Si tenemos el proceso Fischer-Tropsch), todo ello dependiendo de las condiciones y la materia prima que entra al reformador de gas. Aquí muestro una diapositiva muy sencilla sobre la producción biológica de hidrógeno. El gas se genera debido al uso de microorganismos o algas que logran producir el hidrógeno metabólicamente a partir de la biodegradación de materia orgánica. La gasificación de biomasa es una vía que utiliza condiciones controladas de ciertos factores biológicos que donde se destacan: el calor, luz, nutrientes, pH, etc, para convertir la biomasa en hidrógeno y otros sub productos. Llegamos a la electrólisis. Este es uno de los métodos más antiguos utilizados para la producción de hidrógeno. En este procedimiento se hace pasar una corriente eléctrica continua a un par de electrodos sumergidos en el agua para así lograr la reacción química que divide el oxígeno y el hidrógeno. Es tan antiguo este proceso que Michael Faraday introdujo la palabra "electrólisis" en el siglo XIX. Esta metodología consume mucha energía para inducir la reacción. Ahora bien, miren este caso interesante de ciclo completo de uso de fuentes renovables que terminan en la producción de hidrógeno. Este caso tiene la virtud de poder almacenar la energía del viento, la solar, o ambas, ya que estas fuentes iniciales proveen la electricidad necesaria para la generación de hidrogeno que procede de electrólisis, y este hidrogeno se guarda temporalmente, luego para ser utilizado a los fines de hacer funcionar una celda de este gas. Y hablando de celdas de hidrógeno, pues permítanme decirles como funciona esta batería. Es una pila que principalmente genera electricidad a partir de una reacción dentro de un dispositivo que no necesita ser recargado y que funciona de manera sostenida, siempre y cuando se le suministre hidrógeno y oxígeno. La batería de hidrógeno está formada por un conjunto de celdas apiladas. Cada celda tiene un ánodo y un cátodo, separado por un electrolito que permite la transferencia iónica entre los electrodos. El hidrogeno que entra al ánodo catalizador se disocia en protón y electrón. El protón es llevado a través de la membrana catalítica hacia el cátodo, en tanto que el electrón es conducido a un circuito externo que abastece electricidad, ya sea a una bombilla, a unos equipos de resistencias o un motor. Los electrones siguen su camino hacia el cátodo, en donde finalmente reaccionan con los protones y las moléculas de oxígeno (las cuales comúnmente vienen como parte de una inyección de aire) para dar como resultado vapor de agua y algo de nitrógeno que se recombina inmediatamente con el aire externo. La pila de hidrógeno es utilizada casi en exclusividad como fuente de energía para motores eléctricos de trasporte vehicular. Aquí tienen el dibujo de un esqueleto de un carro eléctrico alimentado con una pila de hidrógeno. El tanque almacenador de hidrógeno localizado en la parte trasera, la pila debajo de los asientos y el motor en la parte delantera del carro. En la actualidad podemos ver rendimientos en vehículos automotores como este que se ha hecho bajo la observación de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. El Toyota Mirai (Modelo 2017) ha logrado un alcance total de 312 millas (Eso es equivalente a 502 km), con un tanque lleno de hidrógeno y un consumo promedio de 67 millas por galón, recorriendo tramos, tanto de ciudades, como de autopistas. No solo para carros, también tenemos que las pilas de hidrógenos se utilizan para autobuses movidos con motores eléctricos, muy en particular aquellos autobuses que se emplean para el transporte público. Los gastos por combustible de estos equipos tienen un 39 a 41% más de ahorro con respecto a los autobuses que usan diesel y gas natural. Aquí en esta imagen tienen un ejemplo de un equipo del servicio público de Londres, en donde se ven seis tanques de almacenamiento de hidrógeno ubicados en el techo del autobús. Cuando dije que las pilas de hidrógenos se usan casi exclusivamente para el trasporte vehicular, lo dije ex profeso, ya que en los últimos años se ha venido implantando la batería de hidrógeno para el trasporte acuático. Veamos un par de ejemplos. En esta foto tenemos a la embarcación noruega Viking Lady, un buque de suministro capaz de navegar en alta mar. Este es el primer buque comercial que se diseñó con tecnología de celda de hidrógeno como fuente de energía para su propulsión. En esta diapositiva ustedes tienen el modelo del Yara Birkeland (Noruega), un prototipo de 2.4 toneladas de un buque que será propulsado por celdas de hidrógeno. El barco está en plena construcción, Una vez terminado, sus pruebas de mar se harán con una pequeña tripulación a bordo. Sin embargo, este barco será controlado remotamente y sus viajes se realizarán sin personal abordo a partir del año 2020. El hidrógeno presenta uno de los valores más altos de densidad de energía. Un kilogramo de hidrogeno tiene la misma densidad energética que 1 galón de gasolina, que es lo mismo a 3,78 litros de gasolina. Actualmente, la industria del hidrógeno de EE. UU. produce alrededor de nueve millones de toneladas métricas de hidrógeno por año para su uso en para la producción de compuestos químicos, la refinación del petróleo y para la opción eléctrica. Como ventajas del uso de las celdas de hidrogeno tenemos que estas baterías son excelentes porque el hidrogeno permite una alta eficiencia energética. Otro aspecto positivo es que las celdas no tienen partes móviles que incrementen los costos de mantenimiento. Son muy silentes. De hecho, los autobuses que utilizan baterías de hidrógeno sorprenden a muchos transeúntes en la calle porque sencillamente no se escuchan cuando transitan. El hidrogeno como combustible para las celdas es tan abundante como el agua y su tecnología es altamente escalable. Además, la reacción se puede usar en reversa para almacenamiento de energía. Como desventajas tenemos que es una tecnología todavía inmadura, que involucra altos costos. La red de infraestructura para el suministro de hidrógeno es muy localizada. Su almacenamiento es tan o igualmente peligroso que los recipientes de gas licuado de petróleo. Su aplicabilidad a gran escala se puede ver afectada con el desarrollo de otras baterías eléctricas y muchas partes de sus componentes todavía están en desarrollo embrionario.