HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE DRA. LORETO DAZA BERTRAND, PRESIDENTE DE APPICE, ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE PILAS DE COMBUSTIBLE Pilas de combustible e hidrógeno: parte de la solución energética En la ‘revolución energética’, el hidrógeno, como vector energético, y las pilas de combustible, como sistemas de transformación eficiente, jugarán un papel relevante por el que vale la pena apostar. L a creciente demanda energética y el tan manido ‘cambio climático’ requieren una profunda y seria reflexión en cuanto a la generación de energía y al uso que de ella hacemos. Es preciso incidir en la utilización extensiva de fuentes y materias primas renovables, así como en el uso racional de los combustibles fósiles, si queremos que nuestro planeta perdure como un lugar habitable. Las consecuencias del cambio climático están demostradas científicamente y son devastadoras. Quizá nos hayamos acostumbrado a verlas en las películas y las tildamos de ‘ciencia-ficción’; pero no, es una realidad a la que tendemos si no corregimos la tendencia actual de emisión de gases de efecto invernadero. Las energías renovables son tecnologías maduras que están plenamente introducidas en el mercado; van mejorando en eficiencia y coste gracias a un esfuerzo de investigación que no cesa para hacer de éstas unas fuentes energéticas competitivas. Hay dos aspectos significativos a los que no se les está dando la importancia que requieren y pueden ser clave: el almacenamiento y transporte de la energía desde el centro de producción al de consumo, y el sistema de transformación de la energía. Por lo que respecta a las energías renovables, hay que señalar su punto débil: su intermitencia puede repercutir directamente en la seguridad de suministro. Una solución plausible a estos problemas es la utilización de hidrógeno y pilas de combustible. El hidrógeno se ha conside- 88 rado desde hace décadas como el vector energético más adecuado para garantizar el almacenamiento de energía eléctrica como energía química, su transporte hasta el lugar de consumo con menores pérdidas y un combustible ‘limpio’ para generar electricidad en el punto final evitando la emisión de gases de efecto invernadero. Dado que el hidrógeno puede obtenerse a partir de diferentes materias primas y fuentes primarias de energía, se abre un panorama interesante de diversificación energética. Por su parte, las pilas de combustible, cuyo principio de funcionamiento se demostró experimentalmente hace más de un siglo, en 1839, son sistemas de transformación eficientes que permiten convertir la energía química de un combustible, como el hidrógeno o cualquier otro hidrocarburo u alcohol, en energía eléctrica y térmica mediante una reacción electroquímica. Aplicación en el sector del transporte Desde finales del siglo pasado son muchos los avances científicos y tecnológicos alcanzados que ponen de manifiesto la viabilidad para llevar al mercado esta tecnología. Sin lugar a dudas, en el sector transporte, uno de los grandes consumidores y más preocupante en cuanto a la contaminación que provoca por el uso de combustibles fósiles, la utilización de pilas de combustible alimentadas por hidrógeno se presenta como la mejor solución. Se trata de vehículos eléctricos que no precisan de una estación de recarga de baterías y cuya única emisión es vapor de agua. Existen en la actualidad muchos modelos que han demostrado su eficiencia y viabilidad, sólo falta una apuesta decidida para implantar esta tecnología junto con la infraestructura de suministro adecuada. Por mencionar alguno, el FCX Clarity ha estado haciendo giras por numerosas ciudades del mundo, entre las que se encuentra Madrid, para demostrar que se trata de una tecnología madura y lista para entrar en el mercado como vehículo de emisión cero. Este vehículo está disponible para uso comercial desde el año 2008. Honda ha planteado alquilar este vehículo en California por menos de 500 dolares/mes antes de final de año y ofertarlo para su adquisición por unos 60.000 dólares. La entrada en el mercado europeo está prevista para finales de 2016. Diversos estudios han constatado que, para disminuir la contaminación en las grandes ciudades, se impondrá en pocos años el uso del vehículo híbrido. Se estima que en una década harán su entrada en el mercado los vehículos con pila de combustible alimentada por hidrógeno por la menor contaminación y mayor eficiencia que ofrecerán. En este sentido, Honda y General Motors, trabajando en colaboración, se han propuesto como objetivo para el año 2025 bajar el coste de este tipo de vehículos para equipararlo al de los híbridos, serán los ‘eco-cars’ de un futuro no muy lejano. No se quedan atrás otras empresas automovilísticas, la mayoría de las más relevantes, energética XXI · Nº 156 · MAR16 HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE que han apostado seriamente por esta tecnología. Cabe citar, por ejemplo, la empresa Audi, que recientemente ha anunciado que será quien lidere la tecnología de pilas de combustible con su Audi h-tron quattro concept; este vehículo es capaz de alcanzar una aceleración de 0 a 100 km/h en menos de 7 segundos, una velocidad máxima de 600 km/h, tiene una autonomía de 600 km y tan sólo consume 1 kg de hidrógeno por cada 100 km. Sistemas de generación de energía distribuida No menos necesaria es la implantación de sistemas de generación de energía distribuida, donde la utilización de una pila de combustible, por su alta eficiencia, presenta un atractivo interesante. Estos sistemas pueden estar alimentados tanto por hidrógeno como por cualquier otro hidrocarburo, generando electricidad y calor en el lugar de consumo en el momento en el que se necesite, evitando así pérdidas por transmisión y almacenamiento de energía. En función de la potencia que se necesite se utiliza una pila de combustible diferente, de baja temperatura (las denominadas PEMFC) para potencias en torno a 1-50 kW, y de alta temperatura (las de carbonatos fundidos o las de óxido sólido) para potencias de 200 kW a 1-2 MW. Son numerosos los proyectos de demostración en diversas partes del mundo que han validado esta tecnología. En Canadá, Estados Unidos, Japón, Corea del Sur, Alemania, por citar algunos, hay hospitales, centros comerciales, urbanizaciones… que utilizan sistemas de pilas de combustible entre 200-500 kW alimentadas por gas natural o biogás como generadores energéticos. En Japón, por ejemplo, una red de hogares energética XXI · Nº 156 · MAR16 tienen instalado este sistema para su abastecimiento eléctrico y térmico, basado en sistemas de pilas de combustible poliméricas alimentadas por gas natural. En España concluyeron con éxito proyectos de demostración desde los años noventa; en la actualidad, Abengoa Hidrógeno está desarrollando un sistema con pila de combustible de carbonatos fundidos de 300 kW suministrada por Fuel Cell Energy que pondrá en sus instalaciones para abastecimiento eléctrico. A nivel de investigación, el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC) y el Ciemat han colaborado en el desarrollo de sistema de 10 kW de potencia basado en una pila de combustible polimérica y un procesador de combustible que genera hidrógeno limpio a partir de biogás y bioetanol; los resultados obtenidos son muy prometedores de cara a una transferencia tecnológica hacia la industria para su comercialización. Por último cabe citar las aplicaciones portátiles, donde la pila de combustible aporta grandes soluciones en cuanto a durabilidad. Entre las aplicaciones más destacables son las de defensa, donde el Departamento de Energía de Estados Unidos ha hecho grandes inversiones con resultados relevantes. También empieza a vislumbrarse su utilización en otro tipo de sistemas, como UPS, cámaras de vídeo, cargadores, móviles… Recientemente, la universidad de Ciencia y Tecnología de Pohand (Corea del Sur) ha desarrollado una mini pila de combustible de óxido sólido que podría alimentar un teléfono móvil de forma ininterrumpida durante una semana; son resultados incipientes que aún precisan de optimización, pero no están lejos de convertirse en realidad. En Estados Unidos, un grupo de ingenieros del Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley ha diseñado un sistema de pila de combus- tible con almacenamiento de hidrógeno en grafeno con nanocristales de magnesio; este novedoso sistema presenta un buen rendimiento en términos de reversibilidad, cinética y estabilidad del hidrógeno, lo cual lo hace idóneo para su almacenamiento de forma segura y eficiente. En resumen, una pila de combustible, que no es más que un sistema de transformación de energía química en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica, mientras se suministre combustible y aire a sus electrodos, puede ocupar un lugar importante en el engranaje energético por su alta eficiencia. Al igual que ha ocurrido con el resto de las tecnologías, que no han cesado de introducir mejoras, como por ejemplo los coches, los ordenadores o los teléfonos móviles, para disponer de unidades cada vez más eficientes y menos costosas, las pilas de combustible aún tienen por delante grandes desafíos para hacerlas competitivas. No son retos inalcanzables para la mente humana por lo que llevamos visto en este último siglo, donde los grandes avances científicos y tecnológicos son admirables. Pero no sólo nos tenemos que preocupar de poner una base en Marte o buscar otros planetas donde sea posible la vida tal como la conocemos, tenemos que involucrarnos decididamente en preservar nuestro planeta del desastre que se nos avecina si seguimos elevando nuestro consumo energético a costa desestabilizar el ecosistema. Es necesaria, por tanto, una ‘revolución energética’ que cubra todas las necesidades que reclama hoy en día un estado de bienestar, pero al mismo tiempo que sea respetuosa con el medio ambiente para que todas las especies de nuestro planeta puedan vivir y desarrollarse en armonía. En esta ‘revolución energética’, donde tienen cabida muchas tecnologías y donde se impone un uso racional de los combustibles fósiles, el hidrógeno, como vector energético, y las pilas de combustible, como sistemas de transformación eficiente, jugarán un papel relevante por el que vale la pena apostar. Como diría el escritor George Bernad Shaw, “tú ves cosas que existen y preguntas ¿por qué?; mas yo sueño cosas que nunca fueron y me pregunto ¿por qué no?”. Se necesitan muchas mentes que no tengan miedo de preguntarse “¿por qué no?” y que se decidan a buscar respuestas a los retos que la ciencia y la tecnología nos plantean para llevar a cabo un desarrollo sostenible 89