RESUMEN
En este trabajo se analizará información acerca de los vehículos que utilizan hidrógeno como combustible, explicando primero qué es el hidrógeno, para posteriormente abordar el uso de este elemento como combustible. Después se mostraran las diferentes formas de producir el hidrógeno: reformado de vapor, oxidación parcial, reformado autocatalítico, gasificación, electrolisis, fotosíntesis, biofotosintesis, fotofermentación y fermentación oscura, mencionando las desventajas de cada una, Se mencionaran las características de los motores de hidrógeno en la actualidad, para continuar con la descripción de los dos tipos de vehículos que existen y que utilizan este combustible: los vehículos de combustión interna, y los que utilizan la pila a combustible, y finalmente se concluirá si realmente es viable el uso de este combustible.
Introducción
Contaminación, gases de efecto invernadero, partículas finas… Desde la década de 1980, los climatólogos advierten contra los desastres provocados por el dióxido de carbono. A partir del siglo XIX, se han dedicado esfuerzos para crear un sistema de producción de energía verde que no produzca contaminantes: la pila de combustible.
Desde 2004, los expertos de la Comisión Europea estimaron que "el hidrógeno es una de las maneras más prometedoras para el desarrollo de la electricidad renovable, y la celda de combustible será la forma más eficaz para lograrlo." Antes de anunciar una inversión pública-privada de 2,8 millones de euros.
Diez años más tarde, el uso del hidrógeno comenzó a aparecer, principalmente en los sectores de automoción. Toyota a lanzado el modelo Mirai, que funciona con esta tecnología, a un precio aproximado de 57 mil dólares, que si bien es caro, este precio es 20 veces menor que los primeros prototipos presentados por los japoneses, por lo que se estima que con el paso del tiempo, el costo de esta tecnología llegue a ser muy cercano al de los automóviles convencionales.
La pregunta es, ¿actualmente es viable la utilización de la tecnología de vehículos de hidrógeno? Con la información presentada a continuación, se busca responder a esto.
HIDRÓGENO
El hidrógeno fue descubierto en el año 1766 por el físico y químico británico Henry Cavendish. El átomo de hidrógeno es el más simple de todos los elementos, y ha estado presente desde el comienzo del universo, y tiene la capacidad de unirse a otros elementos para dar origen a moléculas más complejas, sin embargo este no está presente de manera aislada ya que está ligado principalmente a átomos de oxigeno o carbono. Por esto es necesario romper estas uniones si se quiere disponer del hidrógeno como materia prima o como combustible.
Hidrógeno como combustible
La molécula de hidrógeno es tres veces más energética que la gasolina, sin embargo es también muy ligera, por lo que ocupa mucho más volumen, Una prueba de esto es que para producir la misma energía que un litro de gasolina, son necesarios 4.6 litros de hidrógeno comprimidos a 700.
Si el hidrógeno es producido mediante fuentes de energía renovables, podrá ser considerado como una fuente de energía limpia
El hidrógeno se puede utilizar de dos formas en los vehículos:
Como combustible en un motor de combustión interna:
Se utiliza como cualquier combustible conocido en un vehículo de combustión interna, solo que utiliza hidrógeno.
Con una pila a combustible que funciona con hidrógeno
Utiliza una pila a combustible que convierte el hidrógeno (producido mediante la electrolisis del agua) en electricidad.
Métodos de producción de hidrógeno
Se describe en la siguiente tabla los métodos de producción de hidrógeno.
TABLA 1 Métodos de producción de hidrógeno
Nota: Fuente Valencia y Cardona. (2013). Análisis del ciclo de vida para la producción de hidrógeno como combustible del futuro. (p. 168).Cuba: Revista Cubana de Química
Ventajas y desventajas de la utilización de hidrógeno como combustible
A favor | En contra |
Es el elemento más abundante en el universo Su poder calorífico por unidad de masa es más elevado en comparación con otros combustibles: Hidrógeno 141 000 kJ/kg contra 48 000 kJ/kg de la gasolina. Su combustión no produce dióxido de carbono | No es una fuente de energía primaria, lo que quiere decir que es necesario producirlo, lo cual si no se hace mediante fuentes de energía renovables es contaminante Es más costoso actualmente producir hidrógeno que extraer combustibles fósiles |
Vehículos con motor de hidrógeno
Se conoce el potencial del hidrógeno como combustible desde hace al menos dos siglos, como muestra de eso es que el primer motor de combustión interna funcionaba con hidrógeno, el cual fue creado por Isaac de Rivas (Suecia) en 1805.
En 2014, Toyota comercializo su primer automóvil que funciona con hidrógeno, el cual es transformado en electricidad con una pila a combustible, el denominado Toyota "Mirai". Este vehículo solo ha sido comercializado en unos cuantos países que disponen de una estructura de distribución de hidrógeno (Estados Unidos, Reino Unido, Alemania, Dinamarca).
Este vehículo puede recorrer 550 km si sus depósitos de hidrógeno son completamente llenados, y cada 100 km desecha 7 litros de agua limpia, producto de la transformación del hidrógeno en electricidad
Vehículos de combustión interna que utilizan hidrógeno
Estos vehículos siguen el mismo principio que el motor de combustión interna de gasolina convencional:
La aceleración es controlada mediante una válvula que regula la cantidad de hidrógeno que es inyectada al cilindro. El hidrógeno que está almacenado es inyectado al cilindro, y se mezcla con el aire que está dentro del mismo.
La bujía provoca una chispa que permite la combustión de la mezcla aire e hidrógeno. Como resultado de la combustión, se crea vapor de agua, el cual es expulsado de la cámara de combustión del cilindro.
F Hernández, Rodríguez y J. Hernández mencionan que el rendimiento del motor de combustión interna de hidrógeno es aproximadamente, un 25% más eficiente que usar gasolina o gasoil (como se cito de Amadeo N et al, 2004).
Vehículos que utilizan pila a combustible
Consiste en una batería, un inversor y un motor eléctrico alimentado con una pila a combustible. La pila a combustible provoca la oxidación del hidrógeno almacenado
en el tanque utilizando el di-oxigeno del aire, generando calor, vapor de agua y energía eléctrica.
La electricidad producida alimenta al motor eléctrico, el cual se encarga de la propulsión del vehículo, y la batería almacena la energía excedente. Cuando se frena, la energía recuperada es transformada en electricidad por el inversor.
El rendimiento de estos vehículos está entre 50 a 70%.
A continuación se explica el funcionamiento de un automóvil de hidrógeno, en este caso especifico del modelo Mirai de Toyota.
Figura1.Así funciona el Toyota Mirai.
Conclusión
Sin duda los vehículos que funcionan con hidrógeno como combustible, son una buena alternativa, pero actualmente no existen las condiciones la producción de hidrógeno a un costo menor que el de los combustibles fósiles, ni para la producción de vehículos en masa, por lo cual, los vehículos existentes de hidrógeno son más caros que los convencionales.
También se puede constatar, que la mejor opción de vehículos de hidrógeno son los que utilizan la pila a combustible.
A destacar, los problemas que debe superar esta tecnología son:
El problema del costo de las pilas: Las pilas a combustible son caras debido a que no se producen a gran escala.
El problema de producción de hidrógeno: La producción de hidrógeno actualmente se realiza en su mayoría utilizando combustibles fósiles, y el precio de producción es más caro que el de los combustibles tradicionales. Producir hidrógeno con energías no renovables, provoca una contaminación prácticamente igual que si se utiliza gasolina o diesel en los vehículos.
El problema de la distribución: No existe una red de distribución de hidrógeno en la gran mayoría de los países, por lo que la comercialización de estos vehículos no es viable a mediano plazo.
Si no se resuelven estos inconvenientes, los vehículos que utilizan hidrógeno como combustible no serán económicamente viables, ni ecológicamente sustentables.
Bibliografía
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Expansión, (2015). Así es el Toyota Mirai. [Imagen] .Recuperado de http://www.expansion.com/empresas/motor/2015/11/07/563e236946163f02288b45e 7.html#comentarios
Autor:
Hernández Oropeza Daniel Iván
Matricula: 201304353
Primavera 2016