Cómo funcionan y para qué se usan las pilas de combustible

Coches, barcos, drones, industrias... algún día, hasta ciudades enteras. Los usos reales y potenciales de las pilas de combustible alimentadas con hidrógeno verde.

El H₂ es verde, es el producido a partir de electricidad renovable. El hidrógeno verde es el único color que produce Iberdrola.

Según el Centro Nacional del Hidrógeno, una pila de combustible (o célula de combustible) es un dispositivo electroquímico que transforma directamente la energía química del hidrógeno, en eléctrica, produciendo energía cero emisiones. También generan calor que puede ser aprovechado.

¿Cómo funcionan? Simplificando mucho, la pila recibe por un lado hidrógeno verde almacenado en tanques adaptados para el almay, por el otro, oxígeno de la atmósfera.

Al combinar ambos elementos dentro de sus celdas (formadas por electrodos, electrolito y placas bipolares), se separan los protones y electrones del H₂. Estos últimos se conducen por un circuito generando la corriente eléctrica, usada para mover un motor o cualquier otra aplicación.

Su único residuo es agua.

No tienen complejas piezas móviles ni las limitaciones de la combustión, por eso son silenciosas y sobre todo más eficientes que un motor convencional. Algunos modelos aseguran hasta un 90% de eficiencia energética sumando la eléctrica y la calorífica.

TIPOS DE PILAS

Las más comunes son las de membranas de intercambio de protones (PEM, se usan en vehículos) y las de óxido sólido (SOFC); además las alcalinas (usadas en vehículos espaciales), de ácido fosfórico y de carbonato fundido.

APLICACIONES

Se dividen en dos, básicamente:

1. Estacionarias: Instalaciones fijas de grandes pilas que suministran energía eléctrica y calor a empresas, industrias, instalaciones tecnológicas, infraestructuras críticas como un aeropuerto o un hospital, zonas residenciales, etc.
2. Móviles o portátiles: Tanto en medios de transporte ligero o pesado como pilas de pequeñas dimensiones para suministrar energía (o cargar las baterías) en dispositivos eléctricos y electrónicos.

Un ejemplo del uso de estas pilas está el proyecto estacionario desarrollado por Iberdrola para garantizar el suministro en situaciones de emergencia a servicios como la policía o los bomberos en Woodbridge, EE UU. El calor generado se usa para calefactar edificios públicos y ahorrar dinero. Es un ejemplo replicable en pilas alimentadas con H₂.

EL CASO DE LOS VEHÍCULOS

De momento, el avance de los vehículos de hidrógeno está frenado por una red de hidrogeneras públicas muy limitada. De ahí el valor como pionera de la hidrogenera pública, y certificada en producción de H₂ verde, instalada y operada por Iberdrola en la Zona Franca de Barcelona, donde Transports Metropolitans de Barcelona ha adaptado sus autobuses, ocho por el momento, para poder abastecerlos de hidrógeno, mediante la incorporación de una pila de combustible.

Un autobús se recarga de hidrógeno en un máximo de 10 minutos, con una autonomía de suficiente para circular toda la jornada, solamente emitiendo vapor de agua.

Un coche, un autobús o un camión no se adaptan para su funcionamiento mediante hidrógeno incorporando una pila de combustible, tanques de H₂ y motores eléctricos, también necesitan:

• Batería. Asiste durante la aceleración para que no haya retardo en la entrega de la pila (la batería es más inmediata en ese aspecto).
• Unidad de control de la energía. Controla y regula la potencia de la pila y la carga de la batería.
• Convertidor de voltaje. Aumenta la potencia generada por la pila.
• Existen dos configuraciones básicas del uso de las pilas en vehículos: Cuando esas pilas son el elemento principal del sistema de suministro de energía, que se complementan con una batería de respaldo. Y cuando la pila de combustible es ella misma el elemento de respaldo, es decir, que funciona como un sistema de generación de electricidad para recargar las baterías del vehículo eléctrico y ampliar su autonomía. En este segundo caso, la pila es de un tamaño menor que en el primero.

PRÓXIMAS FRONTERAS

Algunas de las investigaciones más prometedoras tratan de eliminar las barreras tecnológicas de las pilas. Por ejemplo:

• Combinación en cascada o clúster de módulos SOFC controlados mediante sensores e internet de las cosas. Desarrollo de pila de combustible de óxido sólido reversibles.
• Nuevos materiales como las membranas que funcionan a altas temperaturas y minimizan el problema del sobrecalentamiento en las PEM.
• El coste de los catalizadores de las pilas es muy alto porque incluyen materiales como el platino. Algunas investigaciones proponen alternativas muchísimo más baratas como los catalizadores con núcleo de níquel.
• El desarrollo de electrolizadores más eficientes permitirá generar H₂ verde con menores costes, lo que estimulará el uso competitivo de las pilas de combustible alimentadas con ese gas. Más aún si los precios de los combustibles fósiles siguen disparados.