El hidrógeno es el elemento más simple porque consta de un solo electrón y un protón. Eso significa que también es el elemento más abundante que conocemos en el universo de hoy. Curiosamente, el hidrógeno en realidad no se produce de forma natural en nuestro planeta como gas. Siempre lo tenemos combinado con otros elementos para crear algo nuevo. Cuando combina un oxígeno y dos hidrógeno, por ejemplo, obtendrá agua.
También podemos encontrar hidrógeno en varios compuestos orgánicos que usamos hoy como combustible. Estos artículos se denominan “hidrocarburos” y constituyen la mayor parte de lo que usamos para calefacción, conducción y necesidades similares. El propano, el metanol, el gas natural e incluso la gasolina provienen de los hidrocarburos. También producimos varios productos químicos y otros bienes utilizables a partir de ellos a través del proceso de calentamiento de reforma.
Nuestra tecnología actual requiere que produzcamos hidrógeno separándolo del gas natural, pero también podemos crearlo enviando una corriente eléctrica a través del agua para separar también esos componentes. Algunas bacterias y algas utilizan la luz solar para crear hidrógeno en condiciones específicas.
Debido a que es un recurso energético tan alto, la NASA ha utilizado hidrógeno líquido como combustible desde la década de 1970. Ahora estamos analizando las ventajas y desventajas de las pilas de combustible de hidrógeno para ver si serían útiles en otros vehículos o situaciones.
Lista de las ventajas de las pilas de combustible de hidrógeno
1. Ofrece un método eficaz de almacenamiento de energía.
Cuando la energía se almacena como hidrógeno en forma de líquido de gas, no se disipará hasta que se utilice bajo el supuesto de que la pila de combustible está construida correctamente. Eso significa que esta tecnología es útil como recurso energético para necesidades de misión crítica, generadores de emergencia y aplicaciones que requieren almacenamiento a largo plazo porque hay menos pérdida de energía que ocurre con esta tecnología. Los condensadores, las baterías e incluso los combustibles a base de hidrocarburos no pueden hacer una afirmación similar, por lo que algunos deben recargarse incluso si no se utilizan.
2. Esta tecnología ofrece un alto nivel de eficiencia energética.
La mayoría de los motores de combustión interna funcionan a un nivel de eficiencia de aproximadamente el 25% cuando funcionan según lo previsto. Si observa la tasa de la planta de energía promedio, puede lograr una calificación de eficiencia del 35%. De acuerdo con la Coalición de Celdas de Combustible de Hidrógeno de Connecticut, una celda de combustible estacionaria cuando se usa con sistemas de calefacción y energía puede tener un nivel de eficiencia superior al 80%.
Debido a las ventajas de eficiencia que están disponibles con las celdas de combustible de hidrógeno, DaimlerChrysler ha realizado más de $ 1 mil millones en inversiones para esta tecnología porque podría ser un recurso energético futuro que pueda alimentar la próxima generación de dispositivos.
3. Las emisiones de una pila de combustible de hidrógeno son prácticamente nulas.
Cuando consumimos la energía que se encuentra en una celda de combustible de hidrógeno, entonces la gran mayoría de las emisiones que creamos a partir de ese proceso involucran vapor de agua y aire caliente. El gasto principal que pagamos en términos de emisiones de gases de efecto invernadero proviene de los combustibles fósiles necesarios para producir la celda de combustible en primer lugar. Cada conversión de un vehículo de gasolina a esta tecnología saca cinco toneladas métricas de CO2 de la atmósfera como un ahorro neto.
Como ventaja adicional aquí, el agua que proviene del consumo de pilas de combustible de hidrógeno puede ser potable, lo que significa que puede convertir las necesidades de calefacción y refrigeración en algo para beber.
4. Los vehículos que utilizan una pila de combustible de hidrógeno logran una mejor clasificación de economía de combustible.
Harlan Ellison fue un autor de ficción especulativa que fue prolífico e influyente con su trabajo. Según se informa, dijo una vez que “los dos elementos más comunes en el universo son el hidrógeno y la estupidez”. Pasar por alto las tecnologías de pilas de combustible de hidrógeno sería irresponsable porque las posibilidades de ahorro de combustible con ellas son increíbles. El vehículo promedio podría duplicar su alcance usando una cantidad comparable de combustible sin generar toneladas de emisiones potencialmente dañinas a su paso.
Eso significa que un vehículo híbrido energéticamente eficiente hoy en día podría potencialmente recorrer 1,200 millas con un “tanque lleno” en lugar de solo 600 millas. Crearía un mejor perfil medioambiental con su vehículo incluso si lo compara con tecnologías eléctricas. También recibe el mismo perfil de aceleración, lo que significa que su experiencia de conducción sigue siendo similar a la de hoy.
5. Recibimos un mayor nivel de coherencia con las pilas de combustible de hidrógeno.
Recibirá un nivel constante de rendimiento sin importar el tamaño de la unidad en prácticamente cualquier situación. Esta ventaja se extiende al perfil de uso general del combustible. Cuando usa una batería o una fuente de energía similar, tiene acceso a menos energía a medida que el producto envejece o los niveles de energía se agotan, lo que reduce la producción que recibe desde el punto de vista del usuario. Las celdas de combustible de hidrógeno continúan funcionando sin interrupciones, incluso cuando las reservas son bajas, y puede reemplazar la energía necesaria de inmediato asumiendo que tiene una fuente de combustible disponible.
Eso significa que puede conducir, calentar su hogar o tener energía de emergencia disponible en todo momento sin necesidad de preocuparse por la estabilidad del producto.
6. Es posible crear pilas de combustible de hidrógeno con un coste de emisiones neutro.
Cuando creamos una celda de combustible de hidrógeno estándar, creamos una deuda de carbono que puede durar hasta cinco años, dependiendo de la frecuencia con la que se utilice la tecnología para obtener energía. A medida que quemamos este recurso de combustible limpio, hacemos pagos de esa deuda hasta que generamos un ahorro neto en comparación con un combustible fósil tradicional.
También existe el tema de la separación de hidrocarburos a considerar con esta tecnología en la actualidad. El método estándar en los Estados Unidos es separar el hidrógeno de un combustible fósil, que luego se suma a la deuda total de carbono. Si en su lugar utilizáramos la electrólisis, no tardaríamos tanto en alcanzar un estado neutral. La energía solar puede producir un resultado similar. Aunque estos procesos ecológicos son más costosos que el método estándar, tenemos una base establecida en este momento que puede ayudar al medio ambiente de manera impresionante.
7. Una pila de combustible de hidrógeno nos proporciona flexibilidad energética.
Puede comprar una celda de combustible de hidrógeno ahora mismo para satisfacer las necesidades energéticas de su hogar o vehículo. Cuando compra o alquila un automóvil que viene con esta tecnología equipada como recurso de combustible, los fabricantes de automóviles de esta industria proporcionan hoy 3 años de hidrógeno como parte de su paquete de compra.
Eso significa que algunos propietarios nunca deben preocuparse por los costos de combustible después de comprar su vehículo porque ya lo han pagado en su contrato. Incluso si un conductor necesita recargar su celda de combustible de hidrógeno para satisfacer sus necesidades de manejo, el precio equivalente por base de energía es de aproximadamente $ 6 por galón de gasolina, que no es mucho más de lo que encontraría en la ciudad de Nueva York, San Francisco, u otros grandes centros urbanos.
8. Las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología segura que podemos utilizar en prácticamente cualquier situación.
Las tecnologías de pilas de combustible de hidrógeno proporcionan riesgos de exposición insignificantes para las personas en comparación con los combustibles y otros recursos energéticos en este campo. El único problema de la exposición humana es que el gas puede evitar que alguien retenga suficiente oxígeno en cada respiración. Debe mantener un porcentaje de oxígeno del 19,5% para que la respiración adecuada se mantenga segura.
Aunque el hidrógeno se une a otros elementos para crear algunos riesgos importantes de diferentes maneras, esos no se aplican cuando se analizan las tecnologías de celdas de combustible. Para esta área de preocupación, el factor de riesgo principal es una quemadura por congelación y un nivel particular de inflamabilidad que ya tenemos cuando usamos productos a base de hidrocarburos.
9. Puede reducir el riesgo de exposición a sustancias químicas mediante el uso de pilas de combustible de hidrógeno.
¿Sabías que hay más de 150 compuestos químicos diferentes que se encuentran en un hogar promedio hoy en día? Varios de los elementos a base de hidrocarburos pueden incluso convertirse en carcinógenos potenciales en algunas situaciones. Si inhalara vapores de combustible de gasolina o ciertos agentes, puede desencadenar un fuerte dolor de cabeza, comenzar a sentirse mareado e inducir náuseas. Cambiar a pilas de combustible de hidrógeno ayuda a reducir los riesgos de exposición porque la misma energía se vuelve útil en una variedad de aplicaciones.
Lista de las desventajas de las pilas de combustible de hidrógeno
1. Las pilas de combustible de hidrógeno todavía no funcionan en todas las situaciones.
Necesitamos almacenar nuestros recursos de combustible en este momento para poder usarlos cuando se necesiten. La única forma de mantener el hidrógeno es utilizar hasta 700 bares de presión o mantenerlo líquido a baja temperatura. Eso significa que debe utilizar energía adicional para mantener este recurso hasta que desee utilizarlo. Dado que eso requiere compresión, no hacerlo puede aumentar la combustibilidad de este combustible, reduciendo sus límites superiores de inflamabilidad hasta en un 75%. Incluso puede experimentar esta desventaja con una fuga lenta de la propia celda de combustible.
Todavía vemos dirigibles volando en el cielo sobre eventos deportivos, pero la razón por la que no los usamos para el transporte masivo es debido a esta desventaja específica.
2. Debe regular la temperatura de una pila de combustible de hidrógeno para maximizar su uso.
Si desea operar una celda de combustible de hidrógeno a su velocidad de máxima eficiencia, debe mantener las condiciones de temperatura por debajo de los 212 ° F en todo momento. Cuando las temperaturas se elevan por encima de este nivel, no obtendrá los mismos niveles de eficiencia de combustible al conducir. Las membranas de intercambio de polímeros que forman parte de la composición de la pila de combustible no funcionan bien cuando se exponen a altos niveles de calor, razón por la cual no suele ocurrir una conversión de gasolina a hidrógeno. El motor de combustión interna tradicional produce demasiado calor.
3. Aún existen algunos riesgos para el medio ambiente a considerar con las pilas de combustible de hidrógeno.
Si tuviéramos que liberar hidrógeno como gas en nuestro medio ambiente en cantidades significativas, crearíamos un impacto negativo en la capa de ozono que podría ser tan severo como lo que hicieron los CFC en la generación anterior. Aunque se requeriría una economía de hidrógeno extensa que incluyera transporte, fabricación y calefacción del hogar para lograr esta desventaja, es un tema que no debe pasarse por alto. No podemos permitir que se acumule el gas si queremos seguir trabajando para mejorar el medio ambiente.
Agregar hidrógeno a nuestra atmósfera crearía más agua a mayor altitud. Eso significa que podríamos experimentar niveles más altos de radiación a nivel del suelo, ver mutaciones en las plantas y cambios en nuestros patrones climáticos que podrían cambiar nuestras estaciones de crecimiento.
4. El costo de almacenar hidrógeno es lo suficientemente elevado como para resultar prohibitivo para la mayoría de las personas.
Desde 2006, las estimaciones de costos para el almacenamiento de celdas de combustible de hidrógeno han disminuido en más del 50%, pero también sigue siendo de $ 53 por kilovatio cuando se analizan las pilas necesarias para un automóvil moderno. Estos gastos son mucho más altos que los que experimentamos con la gasolina, especialmente cuando se considera el costo de la separación de gas en lugar del refinamiento de hidrocarburos. El costo sigue siendo menor que el de la electricidad cuando se considera esta desventaja desde el punto de vista automotriz, pero aún es más barato en este momento operar con diésel, gasolina o propano cuando se tiene una necesidad específica que abordar.
5. También hay pérdidas de transporte a considerar con el hidrógeno.
Debido a la estabilidad del hidrógeno en una celda de combustible, es una tecnología emocionante que muchas industrias están estudiando en este momento para ver si puede ayudar a crear nuevas eficiencias. Debemos transportar este gas o líquido desde su centro de procesamiento hasta el almacenamiento de la celda de combustible, lo que significa que habrá un problema de pérdida de energía al buscar una opción en este combustible.
Cuando observa la tasa normal de pérdida por ebullición con hidrógeno, no es inusual un resultado del 20% o menos. A medida que introduce los procesos de fabricación necesarios para crear la pila de combustible, las pérdidas pueden alcanzar un máximo del 50%. Se espera que pierda al menos el 1% de su producto total por cada día de transporte requerido con este recurso. Eso significa que nuestra única opción es construir instalaciones de fabricación que estén cerca de nuestros recursos de producción para reducir la cantidad de pérdida total.
6. Transportar hidrógeno cuesta más que la mayoría de los demás combustibles.
Aunque el costo de instalación de la construcción de tuberías, el envío y el movimiento de los camiones cisterna para el hidrógeno se han reducido hasta en un 90% desde la década de 1990, cuando las celdas de combustible empezaron a estar disponibles, todavía hay gastos significativos que pagar al instalar la infraestructura necesaria para esta tecnología. . Estimaciones recientes muestran que cuesta alrededor de $ 200,000 por milla crear una red central para mover versiones gaseosas o líquidas de este combustible.
Debido a esta desventaja, el precio del combustible de hidrógeno a veces es el doble que el de la gasolina estándar. Puede obtener el doble de economía de combustible, pero el gasto total de combustible tiende a nivelarse al final debido a este problema. Para muchos conductores, al final del día, incluso podría costar más conducir con una celda de combustible.
7. Esta tecnología no está ampliamente disponible en este momento.
La única forma en que puede aprovechar las tecnologías de celdas de combustible de hidrógeno en este momento es si vive en un área donde está permitida la venta de vehículos con ella. Eso significa que los californianos pueden comprar un automóvil con él, al igual que ciertos residentes de Hawái. Actualmente, solo hay ocho concesionarios de automóviles en los Estados Unidos autorizados para vender vehículos equipados con estas celdas de combustible. Como comprador, debe demostrar su residencia para realizar la compra.
Eso también significa que no puede realizar un viaje por carretera con su vehículo si su distancia de ida y vuelta excede el rango de kilometraje de su vehículo. Según la Asociación de Celdas de Combustible de California, solo hay seis estaciones que quedan fuera del área metropolitana de Los Ángeles, el área de la Bahía y Sacramento. Dos de esas estaciones de combustible están en San Diego, una en Santa Bárbara y hay dos a lo largo del corredor I-5 entre Los Ángeles y San Francisco. La última opción está en la I-80 cerca de la frontera con Nevada.
8. Pagará un precio superior para comprar equipos con pocas celdas de hidrógeno.
Aunque puede recibir hasta $ 15,000 de combustible con la compra de un vehículo, aún pagará alrededor de $ 43,000 por un modelo básico que usa hidrógeno como combustible para conducir. El MSRP para el Toyota Mirai 2019 es de poco menos de $ 60,000. Tiene la opción de firmar un contrato de arrendamiento de 36 meses para este vehículo en un distribuidor autorizado, pero el costo mensual es de aproximadamente $ 350 por mes si tiene un crédito excelente. Eso significa que pagará aproximadamente tres veces más para acceder a la tecnología de hidrógeno en comparación con un automóvil de gasolina tradicional, incluso cuando reciba un estipendio completo por combustible durante el período de arrendamiento o financiamiento.
9. Actualmente no es un recurso de energía renovable completo.
Tenemos la opción de producir hidrógeno a partir de recursos renovables, pero en este momento no hay suficiente infraestructura para que sea una opción viable. Eso significa que estamos usando combustibles fósiles para crear hidrógeno, por lo que no es tan ecológico como algunos defensores les gusta afirmar. Todavía hay menos emisiones en general, ya que no generamos un gasto de dióxido de carbono durante el consumo, pero ese es el único beneficio en este momento. Todo hasta el punto de uso por parte del consumidor todavía paga el mismo gasto de gases de efecto invernadero que cualquier otro combustible a base de hidrocarburos que utilizamos para el transporte o la calefacción y refrigeración del hogar.
Conclusión de las ventajas y desventajas de las pilas de combustible de hidrógeno
Las pilas de combustible de hidrógeno son una de esas tecnologías que nos dan muchas esperanzas para el futuro. Si podemos encontrar una manera asequible de separar el hidrógeno del agua, entonces tendremos un combustible fácil de usar que es seguro en una variedad de formas y no causará emisiones adicionales de gases de efecto invernadero. Aunque existen riesgos de agotamiento del ozono en una economía completa que presenta esta tecnología, todavía hay algunas formas de mantenerse diversificado para limitar el daño.
La conclusión a la que nos enfrentamos es la siguiente: el cambio climático está aquí. Cualquiera que sea la razón de su presencia, hay pasos razonables que podemos tomar para limitar su influencia en nuestras vidas.
Las ventajas y desventajas de las pilas de combustible de hidrógeno nos muestran que si podemos desarrollar las tecnologías necesarias para hacer de este un recurso ampliamente disponible, nuestra sociedad futura podría ser muy diferente a la que tenemos hoy. Nos dará más diversidad energética al tiempo que reduce el impacto potencial del dióxido de carbono, el metano y otras emisiones de gases de efecto invernadero.
