Pila de combustible

A finales de la década de 1990, la pila de combustible se consideraba la tecnología del futuro: con ella, los coches deberían circular sin gases de escape y cada casa debería poder generar su propia electricidad. Pero luego las cosas se volvieron más tranquilas con las supuestas células milagrosas, porque sus requisitos técnicos y costos son altos.

Mayor desarrollo de la «batería de gas galvánico»

La idea de las pilas de combustible es antigua. Ya en 1839, el físico británico William Grove describió una «batería de gas galvánico». Por «combustión en frío», es decir, oxidando hidrógeno con oxígeno, se suponía que generaba electricidad. Pero la idea de Grove desapareció debido a la falta de efectividad y solo se puso en práctica seriamente más de 100 años después.

En la década de 1950, las pilas de combustible se utilizaron por primera vez en submarinos. También se utilizaron en el espacio con los programas espaciales en la década de 1960. En cualquiera de las áreas, defensa y viajes espaciales, el dinero no era un problema. Los primeros modelos de pila de combustible eran extremadamente caros.

No fue hasta finales de la década de 1980 que los ingenieros comenzaron a buscar nuevas fuentes de energía para independizarse del petróleo y el carbón. Y buscaban energías más limpias. Las pilas de combustible deben cumplir estos requisitos porque funcionan con hidrógeno, una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente.

Calor y electricidad a partir del hidrógeno

La pila de combustible es una tecnología de conversión. Convierte la energía de la reacción química en electricidad y calor. El principio es relativamente simple: dos electrodos están separados entre sí por una capa de separación, el llamado electrolito. El hidrógeno fluye por un lado y el oxígeno por el otro.

El hidrógeno se divide en sus componentes: dos electrones y dos protones. Los protones llegan al lado del oxígeno a través del electrolito. Los electrones deben tomar el desvío a través de un circuito para llegar al lado del oxígeno, donde hay una deficiencia de electrones. Luego, el agua se crea a partir de protones, electrones y oxígeno.

Animación de iones y electrones.

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El voltaje en el circuito es de alrededor de 1,2 voltios, tanto como una pequeña batería de linterna. Y así como puede conectar baterías de linternas en serie para generar voltajes más altos, esto también funciona con pilas de combustible.

Debido a que estas celdas solo constan de tres capas delgadas, en realidad es bastante simple: solo necesita apilarlas una encima de la otra. Una pila de pilas de combustible de este tipo se denomina «pila».

Ventajas de la pila de combustible

Una ventaja de la pila de combustible es, sin duda, que genera electricidad sin piezas mecánicas: sin ruido, sin piezas de desgaste, sin gases de escape.

Aparte del agua, que, por ejemplo, sirvió como agua potable para los astronautas en las cápsulas Apolo, no se produce nada. Además, el combustible, especialmente hidrógeno o metano, también se puede generar con la ayuda de energías renovables como la eólica o la hidráulica.

Una ventaja particular es la alta eficiencia energética. Esto significa que la pila de combustible produce una cantidad relativamente grande de electricidad y poco calor.

En el caso de las centrales térmicas y eléctricas combinadas que funcionan tradicionalmente con un motor de combustión interna, la relación es exactamente la contraria y, por tanto, mucho menos favorable. En teoría, más del 80 por ciento de la energía generada por una pila de combustible puede ser eléctrica. Alrededor del 45 por ciento son más realistas.

El hidrógeno y el oxígeno crean agua, electricidad y calor.

El principio de la pila de combustible en un modelo.

Accionamiento por pila de combustible para automóviles

En principio, un automóvil de pila de combustible es un automóvil eléctrico que no obtiene su electricidad de una batería, sino que la genera directamente a bordo.

Si el automóvil eléctrico tiene tiempos de carga prolongados, un automóvil de celda de combustible se puede repostar casi tan rápido como uno de gasolina: toma entre tres y cinco minutos. Y tampoco existe el problema de autonomía de los coches eléctricos. Con un tanque de hidrógeno lleno, puede viajar de 500 a 600 kilómetros.

Desde principios de la década de 1990, grandes empresas de automóviles como Daimler Benz y Toyota han estado trabajando en la conducción de automóviles con pilas de combustible; todavía no han tenido un gran éxito.

El principal problema de los coches de pila de combustible son los elevados costes de producción. Esto se debe en parte al platino incorporado, uno de los metales preciosos más caros del mundo.

El primer modelo de pila de combustible de Toyota ha estado disponible en Japón desde 2015 y en Alemania desde 2016.

Pero el suministro de hidrógeno todavía está lejos de ser universal. Idealmente, debería poder repostar su automóvil de celda de combustible en una estación de servicio normal. Sin embargo, actualmente solo hay 20 estaciones de servicio en Alemania que ofrecen hidrógeno. En 2018, la red se ampliará a un total de 100 estaciones de servicio e incluso eso todavía no es suficiente.

Presentación sistemática de la tecnología de pilas de combustible en automóviles.

La tecnología de pila de combustible en el automóvil

Primeros intentos prometedores en Colonia

En Regionalverkehr Köln GmbH (RVK) ya estamos un pequeño paso más allá. Los dos primeros autobuses de hidrógeno para el transporte de pasajeros se introdujeron en 2011 y se agregaron dos más en 2014.

El gran objetivo: para 2030, la RVK quiere reemplazar toda su flota con autobuses con propulsores regenerativos. La ubicación de Hürth es particularmente favorable porque aquí puede aprovechar la industria química circundante. El principal producto de desecho es el hidrógeno. La RVK dispone cada día de unas 20 toneladas con las que repostar sus autobuses.

Autobús eléctrico en Hannover

Autobús sin emisiones que funciona con pilas de combustible.

Electricidad y calor para la casa.

En el sector privado, algunas personas actualmente usan menos celdas de combustible en su propio automóvil que en su propia casa para generar electricidad y calor. Las pilas de combustible se colocan en el sótano como pequeñas centrales eléctricas y funcionan con gas natural. Sin embargo, la tecnología aún no está completamente desarrollada.

De 2008 a 2015, se llevó a cabo la prueba práctica de Callux para pilas de combustible en el hogar, que fue financiada por el Ministerio Federal de Transporte e Infraestructura Digital. Los propietarios probaron qué tan bien la tecnología de celdas de combustible era adecuada para el uso doméstico diario. El proyecto funcionó con gran éxito.

La mayoría de los participantes en la prueba práctica estuvieron constantemente satisfechos. En 2016, llegaron al mercado más dispositivos de diferentes fabricantes que nunca.

Pila de combustible: ¿generación de energía del futuro?

Queda por ver si la pila de combustible se impondrá en el futuro. Las tecnologías anteriores, especialmente en la industria automotriz, siguen siendo muy caras y difícilmente asequibles para los consumidores normales.

El problema de la producción y almacenamiento de hidrógeno tampoco se ha aclarado de manera concluyente. Sin embargo, si la pila de combustible resultara adecuada para el uso diario, se daría un gran paso desde los combustibles fósiles hacia las energías renovables.