Las baterías de energía son un componente crítico de la tecnología moderna que almacena y libera energía, lo que las hace cruciales para teléfonos inteligentes, computadoras portátiles e incluso vehículos eléctricos.
Las baterías eléctricas han experimentado un desarrollo reciente en términos de rendimiento y eficiencia. Uno de estos avances es el comienzo de pila de combustible de hidrógeno tecnología, que está ganando popularidad debido a su potencial para proporcionar energía sostenible. A diferencia de los combustibles fósiles convencionales, la energía del hidrógeno es un combustible de transporte alternativo que produce cero emisiones y es renovable.
Esta tecnología es relativamente más nueva que los vehículos eléctricos estándar, que últimamente han ganado terreno. Desde 2015, solo tres empresas automotrices han vendido autos impulsados por hidrógeno, con las ventas más altas de poco más de 10,700 en dos generaciones. Estas tres compañías de automóviles son Hyundai, Honda y Toyota.
En particular, las compañías de medios populares como CNN han hecho informes sobre el hidrógeno. Por ejemplo, uno de sus Artículos Recientes reveló los planes entre RWE, uno de los productores de energía de Alemania, y la empresa energética estatal noruega Equinox para construir centrales eléctricas alimentadas con hidrógeno en Alemania durante los próximos años, incluido un oleoducto para su transporte.
Una vez más, otro informe cubre una declaración de una compañía de aviación, Airbus, que anunció públicamente su desarrollo de un motor de pila de combustible impulsado por hidrógeno como parte de su iniciativa para lanzar un avión de cero emisiones para 2035. Todos estos son esfuerzos para impulsar el crecimiento tecnológico.
Índice del contenido
¿Qué es la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno?
¿Qué vehículos pueden utilizar la tecnología de energía de hidrógeno?
¿Cuál es el futuro de la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno?
Reflexiones finales
¿Qué es la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno?
La tecnología de pilas de combustible de hidrógeno utiliza un proceso electroquímico que convierte la energía química del hidrógeno y el oxígeno en energía eléctrica.
Se logra mediante el uso de una pila de celdas de combustible, una serie de celdas de combustible individuales que producen pequeñas cantidades de electricidad que se suman para aumentar la energía eléctrica.
El principio de generación de energía se basa en la reacción redox de hidrógeno y oxígeno. El gas hidrógeno se introduce en el ánodo mientras que el oxígeno entra por el lado del cátodo de la celda de combustible. Ambos gases están separados por un electrolito, que permite el paso de iones cargados positivamente sin que los gases se mezclen.
Luego, el hidrógeno entra en contacto con un catalizador colocado en el ánodo y se oxida para producir protones (iones de hidrógeno con carga positiva) y electrones (iones de hidrógeno con carga negativa). Los protones pasan a través del electrolito hacia el cátodo, mientras que los electrones que no pueden pasar a través del electrolito se ven obligados a moverse por el circuito hacia el cátodo. Este flujo de iones es lo que crea una corriente eléctrica.
En el cátodo, la reducción ocurre con el oxígeno, que reacciona con los protones y electrones recibidos para producir agua. La reacción total emite energía eléctrica a través del flujo de estos iones, ya sea para alimentar el motor eléctrico que impulsa el automóvil o para cargar un pequeño batería de iones de litio que ahorra energía para su uso posterior.
Esta batería también captura energía del sistema de frenado reformador del vehículo y almacena el exceso de energía liberada de la pila de combustible durante la conducción con poca energía.
¿Qué vehículos pueden utilizar la tecnología de energía de hidrógeno?
La tecnología de energía de hidrógeno se utiliza principalmente en autobuses y camiones en el nivel de aplicación actual. Sin embargo, el despliegue es muy bajo ya que varios factores, como el alto costo y la infraestructura limitada, dificultan la expansión de esta tecnología.
No obstante, los vehículos propulsados por hidrógeno tienen ciertas ventajas ajenas a sus homólogos de combustión. En primer lugar, los autobuses que funcionan con combustible de hidrógeno no emiten contaminantes nocivos ni gases de efecto invernadero como lo hacen los vehículos convencionales. Se debe a que el proceso químico de las células solo libera vapor de agua y calor como subproductos, lo que las convierte en una alternativa limpia al combustible fósil.
Además, los autobuses impulsados por hidrógeno funcionan de manera suave y silenciosa, sin vibraciones ni ruidos, lo cual es común en los vehículos tradicionales. Estas baterías HFC también tienen una mayor densidad, por lo que pueden durar más y brindar un mejor rendimiento del vehículo.
En el momento de esta publicación, los vehículos típicos de energía de hidrógeno pueden durar entre 300 y 400 millas antes de recargar combustible, mientras que los vehículos eléctricos promedio duran solo 250 millas. Además, su tiempo de reabastecimiento de combustible solo toma unos minutos y es significativamente bajo en comparación con los vehículos eléctricos promedio, que pueden tardar varias horas en recargarse.
Desafortunadamente, la tecnología de energía de hidrógeno tiene algunos contratiempos. Por más sostenible que parezca el combustible de hidrógeno, la producción y el almacenamiento del hidrógeno en sí son más caros que el diésel y la gasolina tradicionales. A pesar de ser el elemento más abundante en el universo, el hidrógeno nunca se encuentra puro.
Debido a su naturaleza atómica, siempre se combina con otros elementos, que pueden ser difíciles de separar. Por ejemplo, obtener energía de hidrógeno a partir de gas natural (CH4) requiere una gran cantidad de energía para "craquear" y libera CO2 como subproducto.
En consecuencia, la eficiencia del proceso de fabricación industrial es relativamente baja, lo que significa que se requiere más energía para producir y enviar el combustible que la energía que proporcionará. Esto lleva a la pregunta de si es realmente sostenible.
Además, hay muy pocas estaciones de servicio de hidrógeno, lo que desalienta a los conductores a emprender viajes largos. Por ejemplo, estadísticas muestran que la cantidad de estaciones de servicio de hidrógeno en California es de solo 60. Mientras tanto, el gas tradicional tiene más de 100,000 estaciones de servicio bien desarrolladas en todo el país.
El costo del combustible de hidrógeno también es alto, de US$ 10 a US$ 17 en comparación con las gasolineras que oscilan entre US$ 5 y US$ 8.50 por galón. Además, existen preocupaciones de seguridad acerca de si las estaciones de servicio de hidrógeno son razonables, ya que el hidrógeno puede ser altamente inflamable si no se maneja adecuadamente.
¿Cuál es el futuro de la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno?
A pesar de sus defectos, la demanda de vehículos propulsados por hidrógeno podría aumentar en los próximos años a medida que sigan aumentando las preocupaciones sobre la contaminación del aire y el cambio climático. Este aumento se debe a su estado de cero emisiones que se adapta a la transición a opciones de transporte más limpias.
Del mismo modo, se prevé que los avances tecnológicos mejoren la eficiencia, la rentabilidad y la confiabilidad de las celdas de combustible de hidrógeno, lo que hará que los vehículos impulsados por hidrógeno sean más atractivos y asequibles para los consumidores.
Las empresas gubernamentales y privadas también están invirtiendo en la construcción de más infraestructura, como estaciones de servicio. Por lo tanto, es más probable que las personas adopten vehículos impulsados por hidrógeno en los años siguientes.
Pero eso no es todo. Con la actual crisis energética que se avecina en todo el mundo, los gobiernos buscan rápidamente estrategias preparadas para el futuro. Como resultado, están invirtiendo en GNL y nuevas infraestructuras de gas natural, dando paso a la implementación futura de energía limpia de hidrógeno.
Si todos los proyectos actuales se inician con éxito para 2030, el hidrógeno bajo en carbono puede aumentar hasta 16-24 Mt anuales. Según estas predicciones, el hidrógeno verde de los electrolizadores representará de 9 a 14 Mt, mientras que el hidrógeno azul representará de 7 a 10 Mt.
Sin embargo, el sector de la energía del hidrógeno adolece continuamente de marcos normativos incoherentes, incertidumbres sobre las demandas futuras y falta de equipos para transportar pilas de combustible de hidrógeno. Desafortunadamente, solo el 4% de los nuevos proyectos han llegado a la decisión final de inversión o están en proceso.
Aunque la capacidad anual del electrolizador año tras año de 2022 se actualiza a 8 gigavatios, podría llegar a 60 gigavatios anuales para 2030 si todos los proyectos nuevos progresan. Más importante aún, podría haber una posible caída de precios del 70 % para 2030 si las capacidades de fabricación aumentan, cuyos efectos serían similares a las caídas inesperadas de precios que ayudaron a impulsar el crecimiento de la energía solar y eólica.
Si bien el futuro parece prometedor, es necesario tener en cuenta que la producción de hidrógeno limpio no se está moviendo lo suficientemente rápido como para alcanzar las emisiones netas cero de la AIE para 2050. Por esta razón, el sector necesita una acción urgente para fomentar mayores incentivos e inversiones para aumentar la oferta y la demanda de premium. -precio, energía de hidrógeno baja en carbono.
Reflexiones finales
Los vehículos propulsados por hidrógeno son invenciones ciertamente prometedoras. Aunque esta tecnología aún está en pañales, sin duda tiene el potencial de crear una solución viable y sostenible a la crisis del cambio climático.
Este artículo proporcionó información sobre este campo nuevo e inspirador, e incluso con los numerosos obstáculos, la industria del transporte puede ser optimista sobre el impacto de esta tecnología en el futuro cercano.
