HIDRÓGENO Y CELDAS DE COMBUSTIBLE. REFLEXIONES PARA UNA OPCIÓN DE FUTURO. Emilio Menéndez Pérez Dr. Ingeniero de Minas Profesor Honorario de UAM y UPM El sistema energético que tenemos nos induce problemas muy importantes que afectan a la sostenibilidad global de la Humanidad. Por un lado la incidencia en el medio ambiente, donde los usos energéticos son responsables de la mitad de la “Huella Ecológica”, y de otro la demanda de fuentes primarias de energía, en particular hidrocarburos, son causa de guerras y conflictos internacionales. Es necesario un cambio de modelo energético, en el cual serán necesarias acciones para fomentar el ahorro y uso eficiente de la energía, junto con la búsqueda de nuevas fuentes primarias de energía, y un mayor grado de cooperación internacional. Entre las líneas que se apuntan para un futuro a medio plazo están el vector hidrógeno, y la utilización de las celdas de combustible. Sobre ambas opciones es preciso hacer unas reflexiones, tanto para conocer las expectativas que tenemos para que se transformen en una realidad industrial, como los esfuerzos que hay que hacer para conseguirlo en el menor plazo posible. El hidrógeno no es una fuente primaria de energía, es un portador de energía, lo que significa que se ha de disponer de una energía primaria para obtenerlo. En principio se piensa en la electrolisis del agua, utilizando electricidad de origen nuclear, o mejor obtenida de energía eólica. También es factible, aunque la tecnología es sólo incipiente, la descomposición térmica del agua, bien con calor de energía nuclear o bien de procedencia solar. La opción de la energía nuclear supone problemas de relaciones internacionales muy complejos. Si el hidrógeno es una de las soluciones de futuro y se obtuviera con energía nuclear, no sería factible negar el acceso al ciclo completo nuclear a ningún país, sea cual sea la opinión que nos merezca. Esto hace que sea mucho más práctico el desarrollo de la opción eólica. Hoy la paz, y la defensa frente a todo tipo de acciones incontroladas, sean las de un país y su gobierno, sean las de grupos terroristas que actúan en lo que se ha dado en llamar “ataques asimétricos”, debiera ser un objetivo de primer orden. 1 La obtención del hidrógeno por electrolisis es un proceso con un rendimiento del orden del 75%. El hidrógeno es un gas de baja densidad, que conlleva una magnitud baja de energía por unidad de volumen. Es preciso comprimir, o licuar, u otra forma de concentración para que sea utilizable como tal vector energético, la energía consumida en esta operación equivale a dos tercios de la contenida en el hidrógeno gaseoso. Esto supone que desde la electricidad original a el hidrógeno utilizable como combustible convencional, por ejemplo en la automoción, se tiene un rendimiento energético del 25% aproximadamente. Esto, de momento, es un freno de tipo económico para el desarrollo de esta opción. Si se quiere que en el futuro el hidrógeno sea una parte significativa del suministro de combustibles de automoción, se ha de pensar en volúmenes muy importantes de hidrógeno y que se ligarían a grandes instalaciones de generación eólica. • España consume unos 35 millones de tep en automoción. Consideremos que un tercio de esa demanda se obtenga en forma de hidrógeno, 12 millones de tep. • Para poner el hidrógeno equivalente en automóviles se precisaría: 140.000.000.000 kWh • Sí se obtuviera con parques eólicos en España supondría una potencia instalada, sólo para este fin, de unos 60.000 MW. • Sí los parques estuvieran ubicados en la costa de Mauritania o en la Patagonia, la potencia sería de algo menos de 40.000 MW. Si hacemos unos números nos encontraremos que el coste del carburante puesto en el automóvil se situaría entre 3 y 4 euros por litro equivalente de los actuales carburantes. No nos asustemos, el pico del petróleo puede aparecer en unos veinte años, y entonces el carburante convencional alcanzará ese precio, o tendremos guerras para disponer del mismo. Por lo tanto, aunque nos parezca difícil el desarrollo y extensión de la tecnología del hidrógeno, es necesario trabajar en el binomio energías renovables – hidrógeno, en todas sus facetas. Las celdas de combustible son un proceso de transformación de la energía, recuperando la química contenida en ciertos combustibles para obtener electricidad con rendimientos energéticos buenos, mejores previsiblemente que la correspondiente a los ciclos termodinámicos. 2 Se basa en la aplicación de procesos de oxidacción reducción, electroquímicos, que adicionalmente tienen la ventaja de no dar lugar a la formación de óxidos de nitrógeno que aparecen el la combustión convencional. Las celdas de combustible se pueden aplicar a la generación de electricidad, o bien para ser el equipo motriz en los vehículos automóviles. Esta segunda opción pudiera ser de aplicación amplia, junto con la utilización del hidrógeno, para dar salida al problema de la movilidad en dos o tres décadas. La generación eléctrica parece que puede comenzar por pequeñas instalaciones del llamado “suministro seguro” para aplicaciones diversas. Las celdas de combustible presentan otro reto de desarrollo tecnológico, en aspectos tales como nuevos materiales o sistemas de control. Se han de conseguir objetivos tales como: • Rendimientos de transformación elevados en funcionamiento continuado, más de 40% en las de baja temperatura aplicables a automoción, y cerca del 60% en la de alta temperatura aplicables en generación eléctrica. • Flexibilidad de respuesta en cualquier condición de funcionamiento, tanto en automoción, como en generación, en especial para los casos de aplicación distribuida. • Vida útil equivalente a la de los sistemas convencionales, incluyendo en ella un número alto de arranques y paradas; esto es muy importante en la automoción, donde la vida útil es de menos horas que a correspondiente a la generación eléctrica. En celdas de combustible es necesaria una amplia labor de I+D, con instalaciones de demostración de muy diverso tipo. Debieran considerarse objetivos de aplicación comercial extendida en dos o tres décadas. 3