Almacenamiento, transporte y uso del hidrógeno en motores y pilas de combustible

Almacenamiento y manipulación

Almacenar:

• Comprimido en forma gaseosa: problema de necesidad de alta presión (200–300 bar), depósitos pesados, revisiones y gasto energético al comprimir.
• Criogenizado en forma líquida: muy baja temperatura; pérdida de hidrógeno al aumentar la temperatura y expandirse, escapando del depósito; riesgo de quemaduras criogénicas.
• Por absorción en masa: hidruros metálicos; peso del material adsorbido.
• Por adsorción en superficie: nanotubos, nanofibras.
• Almacenamiento químico: HC (hidrocarburos) y alcoholes.

Transporte

Su distribución se realiza comprimido o criogenizado. Existen diversos proyectos de distribución mediante tuberías o canalizaciones.

Aptitud para su empleo en motores térmicos

La utilización en motores térmicos está condicionada por su bajo rendimiento: pérdidas producidas en la generación y más pérdidas en el motor térmico. Si el hidrógeno proviene de generación que utilice una central térmica, se produce un incremento de emisiones de CO₂. En la combustión se genera como residuo vapor de agua, pero esto puede oxidar elementos del motor.

Adaptaciones

Se adapta fácilmente; hay que cambiar los inyectores. Se reducen las emisiones contaminantes. Los principales problemas térmicos son el backfire y el backflash:

• Backfire: explosión descontrolada de restos de hidrógeno acumulados en el escape.
• Backflash: explosión descontrolada del hidrógeno en la admisión (chispas producidas por inducciones del sistema de encendido, presencia de polvo que aumenta la temperatura).

Detonaciones

• Ignición por efecto catalítico: la formación de óxido en el electrodo de la bujía produce un efecto de autodetonación, por lo que se usan electrodos de acero inoxidable.
• Ignición por chispa entre elementos de fricción.

Como solución a estos problemas se plantea la inyección directa de agua. Consiste en atomizar agua en los conductos de admisión para bajar la temperatura.

Se reducen los NOx y se produce un incremento de la potencia por el aumento de la presión al vaporizarse el agua. El principal problema es la distribución homogénea del agua en todos los cilindros. Otro problema de la adaptación de un motor de gasolina a un motor de hidrógeno es la pérdida de eficiencia volumétrica (25% H2 y 75% aire), por lo que se pierde hasta 1/4 de la potencia del motor. Esto se soluciona con inyección directa de alta presión, pero es un sistema más complejo.

El almacenamiento se hace en tanques muy pesados que aumentan el peso del vehículo.

Utilización de vehículos eléctricos mediante pilas de combustible

Pilas de combustible: realizan una oxidación electroquímica del hidrógeno (H2) con oxígeno. Están formadas por una membrana polimérica que solo permite el paso de los protones (H+). El electrón viaja a través del circuito externo desde el ánodo hasta el cátodo, donde se encuentra con los átomos de oxígeno y los iones H+, combinándose y formando agua.

No se ha alcanzado la aplicación comercial generalizada debido a los elevados precios de las pilas, la falta de infraestructuras para el repostaje y la falta de homologación.