Hidrógeno como combustible: datos importantes

Ya introduje sobre los vehículos de hidrógeno que funcionan con pila de combustible y los de combustión interna. En este otro artículo mostraré más sobre este combustible que se está posicionando como un combustible limpio para el futuro, y que tiene interesantes ventajas y propiedades.

Por eso, voy a dedicar este artículo a describir todos los detalles que quizás te estás preguntando sobre él, y ver si realmente es tan limpio y prometedor como dicen…

Obtención del hidrógeno y tipos

El hidrógeno, H, es el primer elemento de la tabla periódica, el más ligero y abundante del universo, con número atómico 1. A pesar de su abundancia, no se encuentra en estado puro en la Tierra, sino combinado con otros elementos, principalmente en el agua (H2O). Para obtener hidrógeno puro, se deben emplear diversos métodos:

• Electrólisis del agua: es un proceso electroquímico que descompone el agua en sus componentes, hidrógeno y oxígeno, utilizando electricidad. Es decir, introduciendo dos electrodos + y – en agua y aplicando corriente, se empiezan a romper las moléculas de agua en H y en O.
• Reformado de hidrocarburos: es un proceso termoquímico que convierte hidrocarburos (como metano, nafta o gas natural) en hidrógeno y monóxido de carbono.
• Gasificación del carbón: es un proceso termoquímico que convierte el carbón en un gas sintético rico en hidrógeno.
• Otros…

Según la forma de obtener el hidrógeno podemos diferenciar entre varios tipos de hidrógeno, que no tienen diferencias en sí, sino simplemente sirven para diferenciar según su origen:

• Hidrógeno verde: está ahora en boca de todos, se produce a partir de fuentes renovables como la electrólisis con energía solar o eólica.
• Hidrógeno azul: se obtiene a partir de hidrocarburos fósiles con captura y almacenamiento de carbono (CCS) para reducir su impacto ambiental.
• Hidrógeno gris: se genera a partir de hidrocarburos fósiles sin CCS, liberando emisiones de CO2 a la atmósfera.
• Hidrógeno negro: se produce a partir de carbón, lo que lo convierte en la opción más contaminante.

Propiedades como combustible

El gas hidrógeno (H2) se presenta como una promesa energética para el futuro del transporte, ya sea para vehículos de célula de combustible, usado dentro de una pila que genera electricidad para alimentar motores eléctricos, o en motores de combustión interna, mezclando hidrógeno con el oxígeno del aire y generando una combustión similar a como se hace ahora con el diésel o la gasolina.

Es un combustible sostenible si es de origen verde o azul, y la combustión es limpia, ya que generalmente solo emite agua como resultado, sin otros gases contaminantes o partículas. Por otro lado, también es una fuente de energía eficiente, ya que se puede aprovechar más del 60% para generar la energía necesaria, mientras que los motores convencionales de gasolina están en torno al 30% de aprovechamiento del combustible, y los diésel en torno al 40%.

El hidrógeno también permite conseguir buenos rendimientos y autonomías superiores a los actuales coches que dependen de una batería, lo cual es prometedor como alternativa a los eléctricos enchufables e híbridos. Al no tener que cargar una batería, sino simplemente llenar el depósito de gas, se puede repostar de forma rápida.

Es verdad que tiene sus inconvenientes, como un mayor coste por la falta de infraestructura actual, y por la necesidad de optimizar los procesos de producción, así como algo inseguro si no se maneja con cuidado, ya que como gas que reacciona con el oxígeno, debe almacenarse de forma segura en bombonas o botellas de gas resistentes.

Mezcla: proporción aire hidrógeno para motores

Para los motores de combustión interna de hidrógeno, o HICE, tenemos que, por ejemplo, una mezcla estequiométrica es aquella que en la teóricamente ideal la combustión es completa, donde todo el hidrógeno reacciona con todo el oxígeno disponible en el aire. Para el hidrógeno, la mezcla estequiométrica es de 2 partes de aire por 1 parte de hidrógeno en volumen. No obstante, puede haber mezclas más ricas o más pobres, dependiendo de lo que se necesite conseguir en cada motor.

Las celdas de combustible de hidrógeno obtienen la energía química del gas y la convierten directamente en electricidad a través de una reacción electroquímica. En este caso la proporción de aire/oxígeno no es crítica en este proceso, ya que solo se utiliza el oxígeno del aire para la reacción. Puede irse modificando según la demanda de electricidad.

Mezclas con otros gases

Hay que decir que se están investigando mezclas de hidrógeno con otros gases para los motores de hidrógeno, con el objetivo de mejorar el rendimiento, la eficiencia o reducir las emisiones contaminantes. Por ejemplo, introduciendo nitrógeno para reducir la temperatura de la combustión y reducir las emisiones, las mezclas con gas natural para mejorar la eficiencia, las mezclas con gas licuado del petróleo o GLP, etc. Eso en cuanto a motores de combustión, pero también se puede mezclar con CO2 o dióxido de carbono para las celdas de combustible…

Problemas de pre-ignición

La pre-ignición, también conocida como combustión prematura, es un fenómeno no deseado que puede ocurrir en motores de combustión interna, incluidos los motores de hidrógeno. Se produce cuando la mezcla de aire y combustible se enciende antes de lo deseado.

Puede producirse por temperatura excesiva dentro de la cámara de combustión, por alta compresión, por mezclas demasiado ricas en hidrógeno, etc. Sea como sea, las consecuencias son la pérdida de potencia del motor, aumento del consumo de combustible, etc.

Para poder prevenir este problema, se pueden usar varios métodos, como el control de la temperatura mediante un buen sistema de refrigeración, materiales con mejor conductividad térmica para disipar el calor, ajustes en el avance del encendido, uso de aditivos, etc.

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