Según una publicación reciente, los avances en la tecnología de celdas de hidrógeno podrían incrementar al doble la eficiencia energética en relación a los automóviles de hoy. Unos piensan que es un avance importante. Otros arguyen que ello sólo es una distracción del problema real, cual es llegar a prescindir totalmente del uso de combustibles fósiles.

Las celdas de combustible combinan el hidrógeno y el oxígeno para producir agua y electricidad. Hasta ahora, ésta es la única alternativa con posibilidades de éxito, capaz de reemplazar los motores de combustión interna (El hidrógeno para reemplazar la energía fósil). El oxígeno es algo que está libre en la atmósfera, pero no así el hidrógeno que debe ser producido con anterioridad. La hidrólisis del agua podría ser la fuente. Pero para ello, es necesario disponer de una corriente eléctrica que separe el oxígeno del hidrógeno, la cual debería provenir de fuentes renovables de energía, como es el viento o la energía solar.

Pero previamente habría que disponer de la tecnología y la infraestructura necesaria para producir y distribuir este hidrógeno, la que está todavía muy verde. El problema es por dónde comenzar. Con pocos automóviles movidos por hidrógeno en los caminos, hay pocos incentivos para invertir y construir una red de estaciones de servicio para abastecer de este combustible, que requiere de temperaturas muy bajas (Un paso más para el hidrógeno como combustible). A su vez, la poca demanda lleva a escaso interés en desarrollar esfuerzos para que progrese la tecnología de las celdas y disminuyan sus costos. Es el eterno problema de qué es primero, el huevo o la gallina.

Si deseamos que en el futuro el hidrógeno llegue a ser el combustible que reemplace al petróleo, se necesita previamente de una tecnología intermedia que permita romper este círculo vicioso. Es en este sentido que las recientes investigaciones realizadas en la Northwestern University en Chicago, podría ser un real aporte. Se trata de una celda de combustible que funciona con octano, que es el principal componente del petróleo. De este modo se podría, utilizar la red de distribución actual de combustible en automóviles que usen estas celdas de combustible. Se daría así el paso necesario para llegar a la transformación total del sistema, en espera que se popularice y progrese el uso de la tecnología de celdas de combustible.

Diversos grupos de investigadores han estado tratando también de desarrollar este paso intermedio, que utilice la actual infraestructura de distribución del petróleo. Es así como han experimentado en el desarrollo de aparatos instalados dentro del sistema de los automóviles actuales, que catalizan los hidrocarbonos de la gasolina, el diesel, o del gas natural, para producir hidrógeno, mediante un proceso que se ha llamado "reformado" (reforming). Sin embargo se han encontrado con que al combinar esta tecnología con celdas de combustibles, el reformado sufre un proceso llamado "coking", en el cual la conversión a hidrógeno, produce carbón, el que se adhiere en el ánodo de la celda combustible. Esto reduce la eficiencia en forma dramática. A ello hay que agregar que el proceso de reformado sólo trabaja a alta temperatura, y la energía necesaria para calentar el reformador reduce la eficiencia de este sistema sólo a un 29%.

El nuevo sistema desarrollado por Scott Barnet y Zhongliang Zhan, elimina esto. En lugar que en el automóvil funcionen separadamente el reformador y la célula de combustible, los investigadores combinan ambos y usan el calor perdido del proceso generador de poder, para ayudar a la producción de hidrógeno. "Hemos evitado esta dificultad tecnológica, básicamente instalando la planta productora de hidrógeno, dentro de la misma celda de combustible", dice Barnet. Con ello el sistema es capaz de lograr una eficiencia global de 50%. Se puede presumir que esta nueva tecnología, no sólo impactaría a las células de combustible de hoy, sino también a los vehículos híbridos gasolina-eléctricos, que sólo logran una eficiencia del 32%.

Barnet y Zhan solucionan el problema del coking, cubriendo el ánodo con un sandwich de óxido de zirconio, entre capas de óxido ruthenium-cerium. Este cataliza la reacción entre carbón y oxígeno formando óxido de carbono, previniendo de este modo que se deposite carbón sólido (ver figura). Según publican en Science, los ensayos se han realizado en el laboratorio, usando "iso-octano" (que es similar al petróleo, pero sin los aditivos usuales), observando que la capa catalítica elimina completamente el problema del coking (DOI: 10.1126/Science. 1109231).

Sin embargo, todavía hay problemas. El sistema se basa en una celda de combustible sólida que opera a una temperatura sobre los 800 Cº, por lo que necesita tiempo para calentarse antes de funcionar. Esto significa que para que sea posible utilizar esta unidad, se necesita una fuente de poder secundario. Esto también puede incorporarse en vehículos híbridos, que podrían funcionar con baterías los primeros minutos, mientras se calientan las células de combustibles.


Como habría que comenzar

De parte de la Fuerzas Armadas de Estados Unidos, hay mucho interés en las celdas de combustibles, hasta tal punto que el Pentágono financia numerosas investigaciones en esta área. Ello porque las celdas al ser silenciosas y con baja emisión, harían que los vehículos militares difícilmente de detectaran. Si el interés existe de parte de ellos, podrían ser los clientes que impulsaran una demanda para que se abriera un mercado para comenzar la producción de vehículos propulsados mediante celdas de combustible.

Por otra parte ya se está avanzando en la tecnología de las celdas de combustible. Existen celdas modificadas que ya permiten que los vehículos utilicen hidrógeno como combustible. Ellas han sido llamadas celdas de membrana electrolítica de polímeros (PEM en inglés), desarrolladas por la empresa Ballard Power System de Vancouver en Canadá, la mayor productora mundial de celdas para vehículos (Celda de combustible: La energía del futuro). Pero para que ellas entren a utilizarse ampliamente, necesitan de una fuente confiable de hidrógeno, ya sea con un sistema de reforma de hidrocarbones, o una amplia red de distribución de hidrógeno.

Davis Friedman de la Union of Concerned Scientists está de acuerdo con que estas aplicaciones puedan ahorrar las enormes pérdidas de combustible actuales, incrementando la eficiencia. Sin embargo advierte que la utilización de celdas sólidas está aún en una etapa muy primaria de desarrollo. El teme que este proyecto distraiga los esfuerzos necesarios para enfrentar problemas inminentes. En este sentido él afirma que otras estrategias deberán tener mayor prioridad, especialmente aquellas dirigidas a mejorar la eficiencia en el uso de combustible, como por ejemplo el desarrollo de carrocerías livianas, ruedas de baja resistencia, y mejorías en el diseño aerodinámico, o el perfeccionamiento de vehículos híbridos.

En resumen, esto significa que las innovaciones en el uso de celdas que utilizan el hidrógeno a partir del octano proveniente del combustible fósil, es una etapa intermedia necesaria para llegar más tarde a reemplazar la energía fósil por la energía del hidrógeno.