El “estado del arte” del hidrogeno.
Existe una frase-broma habitual entre tecnólogos energéticos, y es la siguiente: “El hidrógeno es la energía del futuro, y siempre lo será”.
El hidrogeno es renovable, pero no es una fuente de energía renovable, sino un vector energético. Y en este sentido la electricidad también es renovable, también es un vector energético, y como es lo que producen directamente muchas fuentes de energía renovables, su coste como vector se reduce a su distribución, y no a su transformación. El hidrogeno en cambio es difícil de obtener, aunque su verdadera ventaja, es que es energía almacenada, lo cual le hace idóneo de cara al transporte.
La cuestión no es decantarse por “Hidrogeno SI”, o “Hidrogeno NO”, pero por mucho que queramos ver con buenos ojos esta tecnología (potencialmente libre de toda contaminación), lo cierto es que tiene todavía muchas barreras no solucionadas, y eso a pesar de haber logrado importantes progresos en los últimos años, que hace que algunos documentos técnicos de hace solo 5 años, se hayan quedado desactualizados.
http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review09/program_overview_2009_amr.pdf
“Desde el punto de vista de la producción del hidrógeno, hay que considerar que los métodos actuales resultan costosos y se basan principalmente en la gasificación de combustibles fósiles a altas presiones y temperaturas.
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El almacenamiento supone otro reto aún por resolver ya que, debido a su baja densidad energética, se necesitan enormes volúmenes de hidrógeno para alimentar procesos con alta demanda energética. En la actualidad se investiga en el desarrollo de tanques de alta presión, adsorbentes porosos e hidruros metálicos que permitan almacenar cantidades suficientes de este compuesto en espacios reducidos. El precio actual de las pilas de combustible y su fiabilidad supone otra barrera a la aplicación masiva de esta tecnología. El uso de electrodos con catalizadores de metales nobles como el paladio y el platino, con un elevado precio de mercado, y los problemas de envenenamiento, sobre todo en procesos que utilizan hidrógeno de menor pureza, también son objeto de investigación.”
http://www.aecientificos.es/empresas/aecientificos/documentos/LAECONOMIADELHIDROGENO.pdf
Si queremos clasificar al hidrogeno como una tecnología verdaderamente sostenible, debemos olvidarnos de la obtención actual altamente contaminante. Existen muchos métodos limpios de producirlo (en plena investigación), pero es la electrólisis la generación que mejor se apareja con las fuentes de energía renovables.
Plenamente comercializados, se usan en la mayoría de los casos dos tipos de tecnologías de electrólisis, aunque existe en desarrollo una tercera que trabaja en alta temperatura y algunas otras más. En cada una de las dos, se dan unas diferentes características de generación, como la presión final obtenida, la eficiencia, o el porcentaje de pureza de hidrógeno (por ejemplo algo que no es necesario si se usa como combustión, pero si en una pila de combustible). Y también serán de interés la distinta velocidad de generación puntual (en una hipotética hidrogera), y muy relacionada con esta última, la capacidad de producción al día.
http://www.h2fc.com/Newsletter/Companies/PRs/ITM%20carbon%20trust%20sept%2005.pdf
http://hydrogendoedev.nrel.gov/pdfs/46676.pdf
Respecto a la tecnología paralela de la pila o celdas de combustible (que es la unidad que convierte el hidrogeno en electricidad, en la última fase del ciclo de hidrógeno) a continuación tienes un buen artículo en español explicando los diferentes tipos:
https://www.icai.es/contenidos/publicaciones/anales_get.php?id=619
Por último se investiga también hacia objetivos ambiciosos, sobre cómo almacenar más cantidad de hidrógeno, en menos volumen.
http://www.rssb.co.uk/pdf/reports/research/T531%20Feasibility%20study%20into%20the%20use%20of%20hydrogen%20fuel%20Final%20Report.pdf
Recientemente se ha logrado un gran avance. Este puede ser el almacenamiento ideal del hidrógeno en el futuro:
http://www.energeticafutura.com/2010/03/nuevo-metodo-para-almacenar-hidrogeno.html
Electricidad versus hidrógeno.
Si hay una causa por la que el hidrogeno aún no ha despegado, es (como pasa con todo) debido al alto precio de la electrólisis, incluso en producciones a gran escala. Si se descubriese una “fotosíntesis artificial” que generase hidrógeno a muy bajo precio, se haría uso de él de un modo u otro, aunque haya otras dificultades en su aplicación. En el precio de la electrólisis intervienen el coste energético en si, y la inversión en la propia unidad electrolizadora.
Así es que siempre se rechaza al hidrógeno por su carestía. Sin embargo en contra suya hay un argumento todavía más demoledor que los costes: la ineficiencia. Solamente en la unidad electrolizadora, se pierde alrededor de un tercio de la energía.
“En base a la información proporcionada por los fabricantes de electrolizadores analizados, el estado del arte de las tecnologías alcalinas y PEM, son ahora capaces de producir hidrógeno utilizando menos de 50 kWh/kg, lo que representa un eficiencia de más de 67%. Tenga en cuenta que esto se refiere a la operación de electrólisis completa, e incluye la energía necesaria para la electrónica y otros componentes de la planta (por ejemplo, la secadora). La eficiencia de la pila de combustible es mayor que en el electrolizador, con eficiencias tan altas como un 74%. Estas mejoras de la eficiencia reflejan el trabajo de desarrollo de ambos proveedores de electrolizadores PEM y alcalinos en reducir el consumo de energía
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No es probable, sin embargo, que los electrolizadores PEM y alcalinos evaluados aquí, aumenten la eficiencia de manera significativa. Las tecnologías están en un punto de rendimiento decreciente respecto a la eficiencia, y el margen de mejora es probable que esté más centrado en la reducción de costes de capital, la fiabilidad y durabilidad, y la ampliación de una mayor capacidad. Sin embargo un cambio en la plataforma tecnológica (por ejemplo mediante la introducción de la electrólisis de alta temperatura), podría aumentar las eficiencias previstas.”
http://hydrogendoedev.nrel.gov/pdfs/46676.pdf
Sin embargo el problema de la ineficiencia del hidrogeno es aún más global. Las pérdidas desde el origen hasta el uso final en toda la cadena de generación, almacenamiento, distribución y uso, son muy significativas, lo cual obligaría a crear cuatro veces más renovables si apostáramos por el hidrógeno como sustituto de los combustibles fósiles, antes que apostar por desarrollar el vector electricidad.
http://www.efcf.com/reports/E17.pdf
http://www.physorg.com/news85074285.html
Binomio hidrógeno y transporte.
Es indudable que el hidrogeno ofrece una gran ventaja como fuente de transporte, junto con demás medios de transportes eléctricos. En los núcleos de grandes ciudades como Londres o Roma, se regula el tráfico en el centro histórico mediante el antiguo método del “palo o zanahoria”. O bien canon por circular en Londes, o bien libertad de hacerlo solo a los que no contaminan en Roma, con lo que son dos primeros ejemplos demostrativos de que es posible reducir parcialmente dos típicos problemas de las grandes urbes: lograr un mejor tráfico limitando el uso privado del automóvil, y disminuir la polución del aire y los decibelios del ruido asociado. Los biocombustibles por ejemplo, no cumplen en este aspecto, aunque sean “neutros en carbono”.
Así pues a pesar de las dificultades de esta tecnología, vamos a darle una oportunidad, estudiando la viabilidad de su posible futura introducción en los diferentes medios de transportes.
Veamos primero un ejemplo claro. Si enfocamos el uso del hidrogeno en un primer lugar, hacia vehículos eléctricos ligeros, como las bicicletas, quizás tengan una primera oportunidad de introducirse, ya que los pequeños requisitos de potencia de una bici, se sobreponen a la carestía de la producción y a la baja eficiencia final. Siempre se consumirá menos energía el desplazamiento con una bici de hidrógeno, que con un coche eléctrico, aunque éste último tenga en sus mototes una buena eficiencia del 80%, y la cadena del hidrogeno solo alcance una eficiencia final del 25%.
http://www.valeswood.com/hydrogen-bicycle.php
Subiendo de nivel, otro ejemplo demostrativo es una motocicleta de hidrógeno. En el año 2005 la empresa Intelligent Energy, anuncia su prototipo ENV como la primera del mundo. Mas adelante veremos como esta afirmación es falsa. Lo que si es cierto es que ha creado una expectación positiva, allí donde se ha expuesto, quizás porque aun siendo una moto sencilla, es perfectamente válida como medio de transporte.
http://www.intelligent-energy.com/index_article.asp?SecID=104&secondlevel=105
http://www.intelligent-energy.com/index_article.asp?SecID=104&secondlevel=106
La actual industria del hidrogeno no está enfocada al uso energético ya que no existe hoy en día esta demanda. Toda la actual producción se destina a la industria química, refino, metalúrgica, vidrio o electrónica, entre otros, como por ejemplo la propia investigación. Quizás el uso más curioso que se hace de un electrolizador, es el de incorporarlo en algunos submarinos, con el fin de lograr un aire nuevamente respirable al añadirle el oxigeno obtenido de la ruptura del agua, logrando así la capacidad de permanecer mucho más tiempo bajo el agua, que utilizando oxigeno a presión.
Así pues aun comprando una sencilla bici de hidrógeno, para desplazarnos por ejemplo al trabajo, también necesitaríamos tener en casa un electrolizador, que actualmente no se fabrican a nivel doméstico. Su alto precio y su corta duración, lo convierten actualmente en un producto imposible de amortizar por un particular.
Por poner un ejemplo, podemos ver la amplia gama de electrolizadores que la empresa IMT Power nos ofrece según las necesidades requeridas.
http://www.hydrogencarsnow.com/documents/itmpowerelectrolyzer.pdf
ITM Power es una empresa británica que ha conseguido fabricar electrolizadores tipo PEM (Protón Exchange membrane) sin los caros metales nobles, y además con un método de fabricación propio, que ha logrado abaratar hasta la tercera parte del precio típico de los electrolizadores de tipo PEM. Tras esto, uno de sus objetivos es crear futuras estaciones de servicio modulares y transportables, que proporcionen hidrógeno de gran pureza a 350 bares de presión, válido para pilas de combustible PEM.
http://www.hydrogencarsnow.com/blog2/index.php/hydrogen-fueling-stations/itm-power-hfuel-station-getting-ready-for-prime-time
Ahora vayamos ahora al caso opuesto al de una bici. Un camión de la basura de cualquier ciudad consume la descomunal cantidad de 100 litros a los 100km, ya que necesita parar y arrancar muchas veces a lo largo de su recorrido.
Pues bien partiendo de las ventajas que tienen los motores eléctricos (par constante en el arranque, y posibilidad de actuar como generador y recuperar energía en las frenadas) se podría fabricar un camión de la basura híbrido diesel/eléctrico en donde, el motor eléctrico solo actúa hasta alcanzar los 20 km/h, y después continúe el motor diesel.
Esta idea ya es una realidad, construida y comercializada primero por parte de VOLVO, y después también por parte de RENAULT, logrando reducciones del consumo de hasta un 30%.
http://www.volvotrucks.com/trucks/spain-market/es-es/aboutus/Environment/volvo_fe_hybrid/Pages/Volvo_FE_Hybrid.aspx
http://www.motordehidrogeno.net/renault-presenta-su-camion-de-recogida-de-residuos-hibrido
No tendría sentido, en cambio, crear camiones de la basura totalmente eléctricos, que pudieran funcionar de forma autónoma durante las 8 horas continuadas que dura una jornada típica, del mismo modo que los actuales camiones diesel. Al instalar baterías suficientes para mover el enorme peso del camión durante tanto tiempo, la relación peso de las baterías / peso del camión, serían entonces pesimamente alta, y la capacidad de carga útil muy insignificante.
En consecuencia, dejando por un momento de lado el grave inconveniente de los altos costes (que quizás pueda ser solventado en el futuro), ocurre que el hidrógeno, junto con los biocombustibles, son a día de hoy los únicos combustibles técnicamente viables para sustituir al gasoil (aunque con menores prestaciones) en los vehículos de gran tonelaje, o allí donde se requiera una autonomía aceptable.
Así por ejemplo, se han creado diversos programas europeos como Clean Urban Transport for Europe (CUTE) que pretenden impulsar el desarrollo de autobuses de hidrogeno como una alternativa limpia para el futuro. Las unidades probadas en dicho programa tenían una autonomía de unos 200 kilómetros. La continuación de este programa para los próximos años se llama HyFLEET: CUTE.
http://www.global-hydrogen-bus-platform.com/About/History/CUTE
http://www.global-hydrogen-bus-platform.com/Technology/Buses
http://hyfleetcute.com/data/Kentzler_AchievementsWorldLargestH2Fleet.pdf
Muestra de que la tecnología está avanzando, es el último prototipo creado por Hyundai en 2009 (segunda generación de la marca), que incluye supercondensadores para apoyar en la aceleración y almacenar en las paradas, y que alcanza una autonomía de 360 kilómetros.
http://www.hyundai.com.au/Hyundais-2nd-Generation-Hydrogen-Fuel-Cell/default.aspx
Y también este otro último modelo, el Mercedes Citaro, hibrido eléctrico/hidrógeno con una autonomía de 300 kilómetros.
http://www.emtu.sp.gov.br/h2/pdf/The_Vehicle_H2.pdf
Otro ejemplo de futuro uso del hidrógeno podría ser el tren, en alguna de las líneas ferroviarias que todavía no se han electrificado (las cuales representan un gran porcentaje fuera de España), es decir, hidrógeno como alternativa a los trenes diesel.
Pero volvemos a lo de siempre. ¿Qué sería más rentable? ¿Electrificar toda la línea, o construir trenes de hidrogeno?
“En marzo de 2005 un grupo de empresas y organizaciones (en la actualidad el consorcio Hydrogen Train) consiguió la financiación de 75.000€ (90.000$) para el estudio de viabilidad. Este estudio está en una primera fase hacia el desarrollo y puesta en marcha del primer tren de Europa propulsado con hidrógeno en el año 2010.”
“Se espera en el futuro que la curva de aprendizaje para la tecnología del hidrógeno, haga que gradualmente estén disponibles en el mercado, pilas de combustible para diversos fines y productos. Para la industria del automóvil al precio objetivo se sitúa entre 40 y 100 €/kW, en un lugar cercano al final de la curva. Para los autobuses, la tecnología será atractiva a un precio de 250 a 300 €/kW y para los camiones especializados en distintos tipos de transportes internos, la tecnología podría ser relevante a un precio aún más alto.
Para aplicaciones ferroviarias el punto de interés en la escala de precios, podría ser algún lugar entre el camión y el caso del autobús.”
Costos de capital
”El factor clave, al comparar los gastos para cambiar una línea ferroviaria existente a hidrógeno, o a una unidad eléctrica convencional, es la relación entre la longitud de las vías consideradas y la intensidad del tráfico en la línea.
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En un reciente estudio de viabilidad (RSSB 2006), la British Railway Safety and Standards Board ha estimado que los costes para un tren de cercanías de hidrógeno demostrativo, sería alrededor del doble de los costos de un tren diesel ordinario, con base a los precios actuales de la tecnología de hidrógeno. Para un tren de hidrógeno de mercancías, donde la unidad motriz representa la mayor parte de los costos totales del vehículo, el coste llegaría a ser casi cinco veces los costos de una locomotora diesel ordinaria. Estos costos no incluyen los costes de desarrollo y otros gastos adicionales en relación con un proyecto-demo (es decir, la infraestructura del hidrógeno).
En el mismo informe, se estima que si se cumplen los objetivos de costes generales de la tecnología de pilas de combustible para el 2020, un tren de hidrógeno sólo debería tener un costo adicional de 5.15% con respecto a una unidad diesel ordinario. Una de las condiciones es una reducción de los precios de la pila de combustible en un factor de más de 20 (de 2.400 €/kW en 2005, a 105 €/kW en 2020). La conclusión general del estudio es que, si este objetivo es alcanzado, junto a un alto precio del petróleo, y se cumplen las hipótesis más optimistas del coste del hidrógeno como combustible, en el año 2020 un tren de hidrógeno podría ser una solución costo-efectiva en comparación con la electrificación. Por otra parte, si los costos de la tecnología no bajan al nivel previsto y el combustible de hidrógeno es caro, el hidrogeno puede no ser rentable incluso con un alto precio del petróleo.”
http://www.hirc.dk/Admin/Public/DWSDownload.aspx?File=%2fFiles%2fFiler%2fPDFer%2fMain_Report_FINAL_LOW.pdf
Soluciones ya disponibles.
Si todo lo visto te parece que son desarrollos de promoción e investigación de cara al futuro, si existen algunas tecnologías de hidrogeno, de las que ya se puede beneficiar el ciudadano de a pie, propietario de un vehículo de gasolina o diesel, y sin necesidad de cambiar de coche o de motor.
Existen diversos aparatos parecidos que afirman que es posible una reducción del consumo global y de las emisiones nocivas, gracias a la inyección de pequeñas cantidades de hidrógeno en el motor obtenidas mediante una electrólisis a 12V. Como la energía de la electrolisis, en último término proviene del motor, parece que estamos hablando de algo imposible, de obtener más energía de salida, que la de entrada.
Sin embargo el “truco” está en que el hidrógeno repercute en una combustión a más baja temperatura en el motor, lo que da lugar a una mejora importante en el balance energético final, y en consecuencia, en un consumo de combustible apreciablemente menor. El problema es que estamos ante una tecnología muy incipiente, y suena a estafa. Pienso que lo ideal sería que estas empresas instalasen sus aparatos con contrato de garantía de plena devolución de todo el dinero, si el cliente no percibe el ahorro de combustible, evitando así cualquier suspicacia. Vamos a mostrar dos ejemplos.
El primer aparato lo comercializa una empresa de Navarra. Su página web es muy pobre en detalles, pero tuve la ocasión de conocerlos en un foro, y me ofrecieron el siguiente tríptico de publicidad más descriptivo.
http://www.eco-sol.info/
Lo bueno es que en su web, hacen referencia al verdadero fabricante alemán.
“Reducción significativa de las emisiones de contaminantes
Hasta el 28% de ahorro de combustible
Bajo consumo de agua destilada para la electrólisis
Las células de electrólisis entran en funcionamiento cuando el motor se inicia. Si el motor se para, lo hace la producción de la célula.
Corriente 5-8 amperios
Tensión de 12 o 24 voltios
Absolutamente libre de mantenimiento
Reducción de los depósitos en el motor
Puede ser utilizado por vehículos diesel y de gasolina, tales como: automóviles, camiones, autobuses, maquinaria agrícola y de construcción, grupos electrógenos, cogeneración.
Seguro de garantía del motor”
http://www.4cleanenergy.de/html/produkte.html
http://www.4cleanenergy.de/html/lieferwagen.html
Otro aparato análogo está creado y patentado por un inventor de Mataró.
En su página web hace referencia a un acta notarial, donde se explica la realización de una prueba de un recorrido realizado dos veces a igual velocidad, pero uno con el aparato apagado, y el segundo estando encendido, llenando el deposito en la salida, y al final de los dos recorridos para verificar el ahorro.
http://www.hidrohibrid.com/code/getpdf.php
Y tras los anteriores aparatos análogos, llegamos al motor Geet Pantone, que no utiliza hidrógeno, pero si agua, y que también logra un reducción significativa en el consumo y en las emisiones. Expliquémoslo brevemente. Una mezcla de aire y agua se hacen pasar por un circuito cerrado, a través del interior del tubo de escape, que lo calienta y lo transforma, resultando en un plasma que formará parte del aire de admisión del motor, y que es lo que logra una mejor combustión del hidrocarburo (la verdadera energía motriz, aunque optimizada gracias al agua).
"En 1998, Paul Pantone, ingeniero norteamericano de 48 años, patentaba un artilugio que bautizó con el poco estimulante nombre de Procesador Multicarburantes GEET (Global Enviromental Energy Technology). La patente US005794601A1 consistía en un reactor instalado en un motor diésel que alteraba el sistema de admisión. Con él, los coches podrían funcionar con una mezcla de agua y de un hidrocarburo. Y este hidrocarburo podía ser, sin problema, aceite vegetal. De oliva, de palma, de colza, de girasol.
Pantone, según se informó a los congregados en Teo, no pudo hacer realidad su sueño porque "fue perseguido, criminalizado y encarcelado" por autoridades "con intereses oscuros" para "ocultar su sistema". Pero sus seguidores rescataron los bocetos y consiguieron sacar adelante el método Pantone, que ahora se ha lanzado a fabricar con el nombre de Hypnow Bulleur Rétrokit una empresa francesa."
http://www.elpais.com/articulo/Galicia/Motor/agua/aceite/fritanga/elpepiautgal/20081106elpgal_24/Tes
http://www.hypnow.fr/app/45,retrokit%20folleto%20esp.pdf
http://www.hypnow.fr/app/16,@hypnow%20english.pdf
Tienes muchos videos y enlaces en el siguiente blog estático.
http://paulpantoneyenergiagratuitaparatod.blogspot.com/
El hidrógeno. Otra larga historia.
La exposición que viene ahora, debería ir al principio de este artículo, pero como es tanta la información actual relativa al hidrógeno, he preferido dejar para el final estas reseñas históricas, que nos recuerdan que antes que nosotros, ya hubo quien soñaba con tecnologías tan distintas a las de su época, que les confiere un mérito mucho mayor que los descubrimientos de los investigadores de hoy en día.
A cualquiera que le preguntes sobre el hidrogeno, seguramente te responderá que es una tecnología todavía sin desarrollar, y que los únicos prototipos son solo de las dos últimas décadas. Esta afirmación es una verdad a medias. A continuación tienes una curiosa recolección de los investigadores pioneros y de los primeros vehículos históricos propulsados con hidrógeno, alguno desde hace ya dos siglos.
http://www.hydrogencarsnow.com/hydrogencars1807-1986.htm
http://www.quantium.plus.com/derivaz/isaac/isaac.htm
Francis T Bacon, ingeniero que perfeccionó los componentes de la pila de combustible para demostrar un uso práctico con un sistema de 5 kW capaz de impulsar una máquina de soldar
http://www.hydrogencarsnow.com/blog2/index.php/fuel-cells/allis-chalmers-farm-tractor-was-first-fuel-cell-vehicle
http://americanhistory.si.edu/fuelcells/alk/alk2.htm
Y si queremos ver la historia completa de todos y cada uno de los prototipos o vehículos comercializados, que han ido surgiendo en las categorías de coche, motocicleta, o autobús (los tres que ocupan y contaminan actualmente las vías urbanas), la siguiente página te va a sorprender por su gran completitud. Por ejemplo podemos comprobar que el prototipo de moto ENV, no fue el primero en su categoría.
http://www.netinform.net/H2/H2Mobility/H2MobilityMain.aspx?CATID=1
http://www.netinform.net/H2/H2Mobility/H2MobilityMain.aspx?CATID=3
http://www.netinform.net/H2/H2Mobility/H2MobilityMain.aspx?CATID=2
También contiene una lista de vehículos de utilidad (camiones, tractores, toros mecánicos, transportadoras en fábricas, y hasta una excavadora para minas)
http://www.netinform.net/H2/H2Mobility/H2MobilityStart.aspx?CATID=4
“Sí, amigos míos, creo que el agua se usará un día como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados aislada y simultáneamente, producirán una fuente de calor y de luz inagotable y de una intensidad mucho mayor que la de la hulla.”
La isla misteriosa. 1875
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