Vehículos con Pila de Hidrogeno FCV (Fuel Cell Vehicle).

El Hidrógeno es una gran fuente de energía en muchos procesos y podríamos apuntar que es la molécula química más simple que hay en nuestro planeta , su energía es bastante admirable y desde hace muchos años se ha tratado de aplicar a los motores de combustión interna MCI , sin embargo aunque su uso parece simple y hasta obvio, en  su implementación hay varios factores bastante críticos que no permiten su aplicación de manera directa en los MCI , sin entrar en ese análisis se pueden apuntar dos de estas dificultades básicas , por ejemplo  el problema que implica el control de una reacción química en un proceso de combustión en un motor de combustión interna , desde el punto de vista calórico como también de estabilidad mecánica y otro la dificultad que presenta en producir el Hidrógeno , y esta parte es la mas compleja de entender , porque si bien en teoría suena fácil extraer el Hidrógeno del Agua , o sacarlo de el ambiente  , es sumamente complejo y costoso realizarlo , todavía el ser humano no logra desarrollar una tecnología que lo coloque competitivo con respecto a nuestro ya habitual proceso de combustión con hidrocarburos , sin embargo desde hace mucho tiempo se viene desarrollando algunas tecnologías de adaptación para tener combustión interna a partir de mezclas o combinaciones de Hidrógeno e Hidrocarburo.

Pero la perspectiva cambia un poco cuando hablamos de la aplicación de hidrógeno en sistemas de celdas de combustible FCV esta aplicación es un poco mas controlada y soluciona uno de los problemas   que representaba el hidrógeno en la combustión y es la estabilidad, aunque arrastra algunos de los problemas anteriores como son el costo de producir hidrógeno entre otros. Esta aplicación no utiliza propiamente al hidrógeno como fuente de energía , si no como transporte , es decir se invierte energía en producir hidrógeno y luego este hidrógeno se utiliza como transporte de esta energía y colocado en unos depósitos a presión en el vehículo , permite luego transformarse en electricidad para mover un auto eléctrico básicamente ,la gran pregunta seria porque  se da toda esta vuelta para lograr mover finalmente algo que ya existe que es un auto eléctrico , y parte de la respuesta es la Autonomía , con el hidrógeno en esta aplicación FCV el vehículo con una batería HV  más pequeña que las actuales podría tener autonomías similares a las de un vehículo de gasolina o diésel, lo cual sin duda es una de las grandes limitantes de un vehículo eléctrico en la actualidad , y aunque se esta trabajando fuertemente en solucionar ese problema desde el desarrollo de nuevas y mejores baterías HV, la respuesta no se  ve tan fácil y rápida como todos esperamos , ahora veremos como funciona un sistema de celdas de Hidrógeno montado en un vehículo FCV.

FUNCIONAMIENTO DE LOS VEHICULOS FCV.

Aunque existen varios tipos de pilas de combustible, las más habituales para usos de transporte son las de membrana de polímero electrolítico. Tal como explican desde la oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables de EE. UU., el funcionamiento de estas pilas de membrana se puede resumir de la siguiente manera:

1. El hidrógeno se canaliza al ánodo de la pila (el polo negativo) y el oxígeno al cátodo.
2. En el ánodo, un catalizador separa los átomos en iones de hidrógeno positivos y electrones.
3. La membrana frena los electrones, que viajan por un circuito externo hasta el cátodo, creando la corriente eléctrica necesaria para impulsar el motor.
4. Mientras, los iones positivos, que sí atraviesan la membrana, se combinan con el oxígeno en el cátodo para formar vapor de agua.

Así, en lo que respecta al interior del vehículo, el proceso es fundamentalmente limpio. Las pilas de hidrógeno son capaces de generar electricidad suficiente como para mover el motor y crean, como único subproducto, calor y agua. Además de las ventajas a nivel emisiones, los vehículos de hidrógeno tienen tiempos de repostaje y rangos de alcance o autonomía similares a los de los vehículos de combustión actuales.

Son silenciosos y usan una tecnología muy escalable que no utiliza combustibles importados, ya que el hidrógeno se puede producir en casi cualquier lugar a partir de energías renovables”, continúa el investigador. “El vehículo de hidrógeno no tiene por qué ser la tecnología que se imponga al resto, pero sí va a tener un papel muy importante para la descarbonización del transporte pesado. Si queremos usar vehículos ligeros para recorrer pocos kilómetros, ahora mismo los eléctricos de batería son más ventajosos. Pero conforme aumenta el peso y la distancia, el hidrógeno empieza a mostrar sus ventajas”.

PRODUCCION DEL HIDROGENO GRIS Y VERDE APLICACIÓN VEHICULAR.

Si bien habíamos comentado que el hidrógeno aunque se encuentra en nuestro planeta de manera abundante , no lo hace de manera libre , y tampoco es fácil o económico separarlo de otros elementos en los cuales se encuentra en proporciones importantes ,por ejemplo el Gas Metano CH4 tiene 4 Moléculas de H y una de Carbono , en principio seria una gran idea sacar de ahí el hidrogeno , pero se requiere un proceso (Reformado) para este fin y tiene como subproducto CO2 lo cual de alguna manera lo ubica dentro de elementos contaminantes referente al calentamiento Global ,la otra importante idea es sacar H de el agua H20 (Electrolisis) , este es el proceso ambientalmente más interesante pero todavía es bastante costoso por la cantidad de energía eléctrica que hay que invertir para lograrlo , sin embargo hay esperanzas importantes usando Energía Renovable No Convencional.

HIDROGENO GRIS (Proceso Reformado).

HIDROGENO VERDE (Proceso Electrolisis).

CELDA – PILA DE HIDROGENO FCV. (Instalada en el vehículo)

Se denomina “monocelda” a la unidad básica de una pila de combustible. Cada celda está formada por un “sándwich” con dos electrodos porosos y una lámina de electrolito entre ambos.

El hidrógeno (H₂) atraviesa el electrodo negativo (ánodo) y se disocia en presencia de un catalizador, generando iones positivos (H⁺) y electrones (e^–). A su vez, el oxígeno (O₂) del aire penetra a través del electrodo opuesto (cátodo) y también se disocia en iones O₂^– mediante el catalizador. Los iones positivos de hidrógeno se desplazan a través del electrolito en dirección al cátodo, mientras que los electrones quedan libres en el ánodo. Si existe un camino eléctrico conectando el ánodo y el cátodo, los electrones lo recorrerán, generando así corriente eléctrica. En el cátodo, los iones de hidrógeno, el oxígeno y los electrones se vuelven a combinar para formar moléculas de água.

OPERACIÓN DEL VEHICULO DE HIDROGENO

Básicamente el hidrogeno ingresa a los depósitos de (1) a una presión de 700 Bares , este procedente de el sistema de surtido o estación de Hidrogeno comercial , una vez dentro de los depósitos se llevan por unos conductos especiales , electrónicamente controlados  a la celda o pila de Hidrógeno (2) , en ella se presenta la transformación del Hidrógeno y Oxigeno en Agua , este proceso genera voltaje en DC , por cada celda Aproximadamente 1,3 V , en este aspecto se la sumatoria de  estas celdas da como resultado una tensión superior a 220V DC , la cuales debe ser almacenada en una baterías de Alto Voltaje similares a las de un vehículo eléctrico  (3) , como esta tensión de la batería es mayor generalmente 400V DC se requiere de una unidad elevadora de tensión BOOSTER (4) el cual es un sistema DC-DC una vez tenemos energía almacenada en la batería del vehículo , el resto es muy similar a un  vehículo eléctrico , en tal caso la energía toma como destino la unidad de poder (6) , la cual convierte la energía eléctrica DC de las baterías (3) a  energía eléctrica AC para el conjunto de motor eléctrico AC (5) , ya dependiendo de la aplicación será uno o varios motores , también la unidad de potencia (6) tendrá el control de Accesorios y complementos , pero esto es similar a un vehículo eléctrico.

Como conclusión podemos determinar que el vehículo de Hidrógeno es en base un vehículo eléctrico , con la característica de tener la Energía almacenada principalmente en el Hidrógeno , colocado a presión en los depósitos lo cual eleva su masa y permite tener una autonomía importante.