El hidrógeno es percibido por gran parte de la sociedad como peligroso y en ello ha tenido mucho que ver las impactantes imágenes del Hindelburg en llamas sobre Nueva Jersey. Esas poderosas fotografías se han colado en el imaginario colectivo haciendo que se genere un gran rechazo, en gran medida irracional, hacia el hidrógeno y sus aplicaciones. No hay conversación a nivel social (familia y amigos) en la que salga el hidrógeno y a continuación no se mencione el conocido dirigible y los riesgos del hidrógeno. Sin embargo, durante el último siglo se ha producido y utilizado hidrógeno para una amplia gama de fines industriales y comerciales, y todo ello con unos elevados niveles de seguridad. Si bien es verdad que en estas aplicaciones el hidrógeno no llega finalmente al usuario como tal, sino que este se emplea para llevar a cabo otros procesos o producir otras sustancias. Lo que el usuario teme es el estar expuesto al hidrógeno en primera persona lo cual podría tener lugar, por ejemplo, con el creciente uso de los vehículos de pila de combustible. Así pues, ¿es el hidrógeno tan peligroso? Vamos a intentar arrojar algo de luz sobre las tinieblas que rodean a la supuesta peligrosidad del hidrógeno.
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Crónica del 2º Seminario PILCONAER
Resumen. En presencia de más de 130 personas entre alumnos, profesores, investigadores y representantes de empresas transcurrió el pasado 8 de febrero, en el Salón de Actos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales, el 2º Seminario “Pilas de combustible de baja temperatura en aplicaciones navales y aeronáuticas: proyecto PILCONAER”. La Jornada estuvo compuesta por distintas charlas, unas de carácter más divulgativo y otras de corte más científico-técnico, que confirieron a los asistentes una visión amplia del estado de la tecnología de las pilas de combustible, en especial las orientadas a aplicaciones navales y aeronáuticas. Sin duda estas jornadas son fundamentales para la difusión tanto de esta nueva tecnología como del conocimiento generado en las universidades y centros de investigación sobre el tema.
Almacenamiento de hidrógeno comprimido: tipos de tanques
El aumento vertiginoso de la población mundial y de los estándares de vida en el denominado mundo desarrollado provoca que la demanda energética no pare de crecer. Gran parte de esa demanda creciente de energía es cubierta mediante el consumo de combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón. Ocurre que estos combustibles fósiles son fuentes no renovables de energía, es decir, son recursos que no se reponen y que por tanto terminarán acabándose. Pero es que además su uso intensivo en sectores como la industria o el transporte emite a la atmósfera ingentes cantidades de gases de efecto invernadero, por ejemplo dióxido de carbono u óxidos de nitrógeno. Así, la concentración de CO2 en la atmósfera desde 1750 hasta nuestros días ha aumentado aproximadamente un 30% como puede verse en la Figura 1. Teniendo en cuenta los tiempos característicos en los cuales tienen lugar cambios significativos en la atmósfera terrestre, este cambio en la concentración de CO2 es un cambio muy brusco en un periodo muy corto de tiempo que puede tener consecuencias catastróficas.
El hidrógeno como gas real. Factor de compresibilidad
Quizás os suene la ecuación de estado de los gases ideales, denominada por muchos como ley de los gases ideales, que se enseña en los cursos de Física y Química de los Institutos. La primera cuestión que surge al recordar este concepto es: ¿qué es un gas ideal? Pues bien, el concepto de gas ideal es en realidad una entelequia. Llanamente y de forma visual, un hipotético gas ideal estaría formado por una serie de partículas puntuales (átomos o moléculas) que ni se atraen ni se repelen entre sí. La única forma en que estas partículas podrían interaccionar entre sí sería mediante choques perfectamente elásticos de manera que se conserve la energía cinética y la cantidad de movimiento. Además, la energía cinética promedio de las partículas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (kelvin), es decir, la velocidad promedio es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura. Pues bien, lo que nos enseñaron en el Instituto fue una ecuación que relacionaba la presión del gas (\(p\)), el volumen que ocupaba (\(v\), volumen por mol) y su temperatura (\(T\)). Esta relación es lo que se conoce como ecuación de estado.
Tipos de pilas de combustible y su clasificación
Con la llegada de los coches, motos, bicis, trenes y en general medios de transporte propulsados por pilas de combustible de hidrógeno se ha tendido a instaurar la idea de que tan solo existe un tipo de pilas de combustible, y no, nada más lejos de la realidad. Una pila de combustible es básicamente un convertidor electroquímico en el que tienen lugar sendas reacciones electroquímicas de forma separada. Sobre un electrodo (ánodo) se lleva a cabo la oxidación de un combustible con lo que se generan una serie de electrones que circulan por un circuito externo. En el otro electrodo (cátodo) tiene lugar de forma independiente al anterior una reacción de reducción, de forma que el oxidante capta los electrones procedentes del circuito externo. Además, para que el sistema pueda funcionar de forma continuada tiene que tener lugar un tránsito de iones entre ambos electrodos a través de un electrolito que lo permita. Este electrolito a su vez debe impedir el flujo de electrones en su interior, porque sino no se podría establecer un flujo externo de electrones, y nos habríamos cargado el invento. Viendo este principio de funcionamiento, en el que no aparece la palabra hidrógeno en ningún sitio, se llega a la conclusión de que pueden existir multitud de tipos de pilas de combustible. Por ejemplo en función del tipo de combustible utilizado o en función del tipo de catalizador empleado. Pero es que incluso dentro de aquellas que emplean hidrógeno como combustible surgen diferentes tipos de pilas de combustible en función del electrolito empleado. Hoy vamos a ver brevemente algunas de las formas de clasificar las pilas de combustible.
Urashima: un vehículo submarino autónomo de pruebas
Por sus características, los vehículos submarinos autónomos o AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) permiten resolver algunos de los problemas típicos de los vehículos convencionales de exploración marina. Normalmente la exploración marina se lleva a cabo con vehículos unidos por un cable a una nave nodriza, lo que limita la capacidad de explorar e investigar los océanos en toda su extensión. Además, empleando este método existen regiones en las que la recopilación de datos es muy complicada ya que el barco de soporte no puede acceder a ellas. Por ejemplo, regiones bajo gruesas capas de hielo como en el ártico o en las que hay una gran actividad volcánica submarina. Y sin embargo, estas regiones a las que no se pueden acceder con facilidad son de las más importantes desde el punto de vista científico y las que más despiertan nuestra curiosidad. Así se juntan el hambre con las ganas de comer, y una de las posibles soluciones para satisfacer “nuestra sagrada curiosidad por investigar” son los AUVs como el Urashima, que son capaces de operar de forma autónoma sin nexo de unión a una nave nodriza.
¿Por qué es necesario apilar las pilas de combustible?
Una única monocelda, esto es: un ánodo, un cátodo y la membrana, que utiliza hidrógeno como combustible presenta en su punto de trabajo unos 0.7 V. Y claro, con este voltaje no vamos a ninguna parte, sin ir más lejos el mando de tu televisor utiliza pilas de 1,5 V. Por tanto, para producir un voltaje medianamente decente vamos a necesitar unir en serie varias monoceldas dando lugar a lo que se conoce como stack o apilamiento. Pero ¿cómo unir en serie varias celdas? Os adelanto la respuesta, con “bipolar plates”. Vamos a ello pues.
4 modos de funcionamiento en un coche de pila de hidrógeno
De forma teórica las pilas de combustible en su uso en automoción podrían presentar cuatro configuraciones diferentes, pero tan solo dos de ellas se llevan a la práctica en la actualidad. De hecho, hoy nos vamos a centrar en los 4 modos de funcionamiento de una concreta de las cuatro configuraciones posibles, pero vamos a citar también las otras tres, que para algo las ideó una mente pensante.
¿Cómo funciona una pila de combustible de hidrógeno?
Las pilas de combustible, en particular las de hidrógeno, están suscitando cada vez un mayor interés debido a su capacidad de producir energía eléctrica limpia, prácticamente sin contaminar, y también a las múltiples aplicaciones que tienen como es el caso de los coches de hidrógeno. Pero ¿cómo funciona una pila de combustible? Habréis leído que en una pila de combustible se producen una serie de reacciones entre el hidrógeno y el oxígeno y que como único subproducto se obtiene agua, YA. Pero ¿cómo funciona de verdad? ¿Cuáles son las reacciones que tienen lugar dentro de una pila de combustible? ¿Y con qué elementos cuenta? Bueno pues dado que este es un blog que versa sobre pilas de combustible vamos a intentar explicar como funciona una pila de combustible de hidrógeno. Al ataque…
Cómo el auge de las pilas de combustible puede beneficiar a Sudáfrica y Rusia
Sudáfrica y Rusia están frotándose las manos ante el auge de las pilas de combustible y su uso comercial en las aplicaciones más variopintas, a día de hoy sobre todo en automoción. ¿Y por qué estos dos países tan diferentes están tan entusiasmados ante el florecimiento de esta tecnología? ¿Por su faceta ecológica y sostenible? ¿Por la seguridad e independencia energética que puede suponer el hidrógeno? No, o al menos no más que el resto de países del mundo. El interés de Sudáfrica y Rusia por el despegue definitivo de las pilas de combustible tiene una importante faceta a mayores.