Pilas de combustible de hidrógeno: cómo funcionan y sus aplicaciones

Con un elemento ampliamente disponible en la naturaleza, una elevada eficiencia y cero emisiones, la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno tiene potencial para ser la energía del futuro.

¿Sabías que de entre todos los elementos naturales que podemos encontrar en el universo, el hidrógeno es el más abundante? Además, el único residuo que genera es vapor de agua, algo que lo convierte en una fuente energética muy respetuosa con el medioambiente.

Entre los aprovechamientos de la energía del hidrógeno, nos encontramos con las pilas de combustible de hidrógeno. Se trata de dispositivos electroquímicos que transforman la energía química en energía eléctrica, a partir de un combustible, en este caso el hidrógeno, y un comburente o gas reactivo ―el oxígeno― para producir electricidad y agua en forma de corriente continua y calor.

Tecnología de celdas de combustible: cómo funciona una pila de combustible de hidrógeno

Para poder obtener energía, es necesario unir oxígeno e hidrógeno.

En el ánodo de una celda de combustible, el hidrógeno se disocia en protones y electrones. Los protones se dirigen a través de la membrana al cátodo, mientras que los electrones fluyen por el circuito externo y producen energía. En el catalizador del cátodo, el oxígeno reacciona con los electrones y protones generando agua como único residuo, por lo que no se produce ningún tipo de contaminación.

Ventajas y limitaciones de las pilas de combustible de hidrógeno

Aunque cada tipo de pila de combustible tiene sus propias ventajas, los siguientes son, en general, los principales beneficios de las pilas de combustible de hidrógeno:

• Principio de construcción y funcionamiento relativamente simple.
• Baja corrosión y mantenimiento.
• Amplia disponibilidad del elemento químico. En la Tierra, el hidrógeno (H2)es muy abundante, encontrándose combinado con otros elementos como el oxígeno (H2O) o el carbono, formando compuestos orgánicos.
• Eficiencia elevada. Las pilas de combustible de hidrógeno logran rendimientos más altos durante largos períodos.
• Arranque rápido. Su funcionamiento es inmediato desde el mismo momento en que se les suministra combustible. No precisan recarga.
• Posibilidad de sobrecargas de alto volumen instantáneas.
• Seguridad, dado que el hidrógeno es un gas liviano, más seguro que la gasolina.
• Combustible ecológico. La tecnología de pila de combustible de hidrógeno genera prácticamente cero emisiones nocivas, y el vapor de agua es el único gas residual que se libera a la atmósfera. No produce un impacto negativo sobre el medioambiente, de manera que contribuye a la lucha contra el cambio climático y mejora la calidad del aire.
• Poco ruido. La energía de la pila de combustible se crea químicamente y no a través de la combustión. Por tanto, el proceso es silencioso.
• Tiene muchas utilidades. Por ejemplo, se utilizan para almacenar energía, construir robots autónomos y sistemas de energía de emergencia o alimentar vehículos eléctricos, entre otros.

No obstante, a pesar de sus ventajas, las pilas de combustible de hidrógeno también presentan algunas limitaciones como las siguientes:

• Elevado coste de los materiales para producir los catalizadores.
• El proceso de obtención del combustible de hidrógeno precisa un alto aporte de energía. Se requiere de mucha más energía eléctrica para producir hidrógeno que la energía que se desprende en la pila de combustible con ese mismo hidrógeno.
• La energía eléctrica que producen debe convertirse en energía mecánica, lo que implica una menor eficiencia debido a la pérdida de energía en el proceso.
• Eficiencia menor que el almacenamiento de energía en baterías.
• Si bien se trata de una tecnología de combustión limpia, en el proceso de creación del entorno para aprovechar la energía del hidrógeno, se pueden emplear materiales tóxicos.
• Falta de infraestructura disponible para el suministro de hidrógeno. Por ejemplo, uno de los inconvenientes de los vehículos alimentados con este combustible es la falta de estaciones de repostaje de hidrógeno.

Aplicaciones de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno

Las pilas de combustible de hidrógeno contemplan una amplia variedad de aplicaciones. La tecnología de celdas de combustible de hidrógeno se emplea con frecuencia en la industria de la automoción como combustible en pilas para vehículos eléctricos, desde coches y autobuses hasta barcos. Según el CNH2, cada vez son más frecuentes los modelos de prueba que usan esta tecnología. Incluso, se prevé la comercialización de estos vehículos en los próximos años.

Otra aplicación que usa la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno es la industria espacial, que utiliza hidrógeno líquido para alimentar sus cohetes de refuerzo. Asimismo, las baterías de hidrógeno pueden alimentar todo tipo de dispositivos eléctricos, desde cámaras y teléfonos móviles hasta ordenadores portátiles o pequeños electrodomésticos.

Por último, cabe destacar el uso de estas tecnologías de modo estacionario y a gran escala, así como para la generación de electricidad en casos de emergencia. Las pilas de combustible estacionarias son muy potentes, ya que pueden alimentar un edificio e, incluso, una ciudad. En este sentido, el combustible de hidrógeno se puede usar, además, como energía de respaldo durante las tormentas, cuando falle el suministro principal, en hospitales, empresas o zonas residenciales.

Como puedes ver, las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología aún en desarrollo, pero en rápido crecimiento. Y es que el hidrógeno tiene un enorme potencial como fuente de energía limpia, tanto en el sector del transporte como para aplicaciones estacionarias.

Si bien nos encontramos todavía en las primeras etapas, y existen desafíos técnicos, económicos y de infraestructura por superar, la energía del hidrógeno se vislumbra como una fuente de combustible excelente, inagotable, viable y sostenible que puede desempeñar un papel importante en la descarbonización y transición hacia fuentes de energía más limpias y eficientes.