Baterías de flujo y células de combustible.

Capitulo VI

EL Hidrógeno Y LAS PILAS DE COMBUSTIBLE

6.1.- El hidrógeno: presencia en la tierra y en el universo

El hidrógeno tiene como símbolo H y su número atómico es 1. Su nombre deriva del latín hydrogenium, que significa generador de agua.
Es el elemento más simple y abundante del universo. Tiene un solo protón en el núcleo y un solo electrón en la corteza es un gas incoloro, inodoro e insípido, formado por moléculas biatómicas de hidrógeno (H2).

Propiedades del hidrógeno

Propiedad-— Cuantificación

**Densidad***0,0899 Kg/Nm3 (en es estado gaseoso)–0,0708 kg/litro (en estado liquido)

Punto de evolución***20,28 K**Punto de fusión**14,02 k**Poder calorífico inferior**120 Mj/kg**Poder calorífico superior**141,86 Mj/k**Limites de explosión**4,0-75,0%**Limites de detonación**18,3-59,0%**Capacidad calorífica especifica** Cp=14,199 J/(kg.K)**Cv=10,074 J/(kg.K)**Coeficiente de difusión**0,61 cm²/s**Factor de difusión**1 a 1 bar y 1.13 a 200 bar **1,24 a 350 bar y 1,49 a 700 bar

6.2.-El hidrógeno desde el punto de vista energético

El hidrógeno tiene algunas carácterísticas importantes desde el punto de vista energético, como veremos en la siguiente tabla.

En ella se indica la energía de 1 kg. De hidrógeno, la energía de 0,0708 kg de H (cifra correspondiente a la densidad en estado gaseoso), la de  0,0708 kg de H (correspondiente en estado liquido). También se aprecia que 1 kg de hidrógeno tiene un volumen de 14,12 litros en estado liquido, y 11,12 Nm3 en estado gaseoso.

Nota: El hidrógeno es el elemento químico más simple, ligero y abundante del universo. Constituye el 75 % de la materia presente en el universo. Tiene un protón en el núcleo y un electrón en la periferia.

El hidrógeno tiene tres isotopos que se presenta en la naturaleza:


El protium, que es el isotopo más abundante (99,98 por ciento), que tiene un protón en el núcleo y ningún neutrón.

El deuterio, que tiene un protón y un neutrón en el núcleo y un electrón en la periferia. Este isotopo probablemente se produjo en la formación inicial del universo. No es radioactivo y el “agua pasada” se llama así por contener este isotopo del hidrógeno.

El tritio se caracteriza por tener un protón y dos neutrones en el núcleo, y un electrón en la periferia. Este isotopo es radioactivo.

Comparativa entre el hidrógeno, la gasolina, el gasóleo y el gas metano


**1 Kg de hidrógeno equivale a 2,78 kg de gasolina, a 2,80 kg de gasóleo y a unos 3 kg de gas natural.

**1 litro de hidrógeno líquido equivale a 0,268 litros de gasolina y a 0,236 litros de gasóleo.

**1 litro de hidrógeno (a 350 bar) equivale a 0,10 litros de gasolina, a 0,09 litros de gasóleo y a unos 0,3 litros de gas natural (a 350 bar).

En cuanto a las carácterísticas energéticas del hidrógeno, tenemos que:



**Fusión

El hidrógeno en el centro de las estrellas se combina entre si, en una reacción que se  produce helio y un gran desprendimiento de energía.


**Hidrógeno (en peso)

. De esta forma tiene un alto contenido energético (casi tres veces superior al de la gasolina).


**Hidrógeno (en volumen)

. En forma de gas, tiene un contenido energético muy bajo (cuatro veces inferior al de la gasolina).

El hidrógeno gaseoso es muy inflamable y arde a bajas concentraciones en el aire (4 por ciento de H2)


Así lo vemos en la siguiente fórmula: 

2H2 (g)+O2 —->2H2O + 572 KJ/mol

El H2 al mezclarse con O2 explota. Arde violentamente, pero sus llamas son casi invisibles al ojo humano, por lo que los escapes de hidrógeno son difíciles de detectar.

6.3.-Métodos para la obtención de hidrógeno

Así tenemos que se puede producir a partir del agua, de los combustibles fósiles y de la materia orgánica (biomasa).

Veamos los métodos empleados



**Reformado con vapor

Mediante una corriente de vapor no en su forma simple o molecular, por lo que hay que extraerlo de los compuestos en los que esta presente. Así tenemos que se puede producir a partir del agua, de los combustibles fósiles y de la materia orgánica (biomasa).

              CH4 (gas metano)+H2O—–>CO(oxido de carbono)+3H2 (hidrógeno)

Aunque las presiones bajas favorecen esta reacción, se hace a una presión de 20 atmósferas, ya que el hidrógeno a alta presión es más manejable y más fácil de comercializar. El inconveniente de este método es que el gas metano es un combustible fósil y como tal desprende gases de efecto invernadero cuando se quema.


**Electrólisis

Se basa en la separación electrolítica de los componentes del agua (hidrógeno y oxígeno). El método tiene la ventaja de no producir emisiones, pero resulta muy caro.


**Síntesis biológica

Muchos microorganismos de metabolismo anaeróbico (los que pueden desarrollarse en ausencia de oxígeno) se alimentan de materia orgánica que descomponen, dando como subproducto de su proceso de digestión, hidrógeno gaseoso. Estos microorganismos tienen unas enzimas llamadas hidrogenasas (contienen metales como el hierro y el níquel) que tienen la propiedad de catalizar esas reacciones.

A partir de energía solar


Como se ve en la siguiente figura, también es posible obtener hidrógeno a partir de la energía solar y el agua.

Obtención de hidrógeno a partir de la energía solar y el agua. El hidrógeno después se utiliza para obtener electricidad.

** panel fotovoltaico.** oxígeno** entrada de agua ** hidrógeno.** electrolizador** almacenamiento de hidrógeno.**
pila o célula de combustible** salida de agua.

6.4.-Aplicaciones del hidrógeno

El hidrógeno puede ser uno de los grandes recursos energéticos del futuro, pero en la actualidad ya se utiliza para los siguientes propósitos:


**Refinado de combustibles fósiles

El hidrógeno se emplea en varias fases del proceso de refinado (desalquilacion, desulfuración y craqueo).


**Obtención de amoniaco

El amoniaco (NH4) se emplea en la fabricación de fertilizantes.


**En la industria alimentaria

Se usa para hidrogenar grasas y aceites insaturados, obteniendo margarinas.


**Producción de metanol y de ácido clorhídrico y tratamiento de metales


**Escudo de gas en trabajos de soldadura


**Combustible en viajes espaciales.

6.5.- Pilas de Combustible

Las pilas de combustible son aparatos para la producción continua de energía (electricidad, calor) a partir del hidrógeno puro o suministrado por productos tales como el metano, metanol, gasolina, etc., que reacciona con el oxígeno del aire.

Principio de funcionamiento de una célula de combustible

1. En primer lugar, a través de unas placas, se hace llegar el combustible de hidrógeno (gas metano, gas propano, hidrógeno puro, etc.)

2. En el ánodo, cada átomo de hidrógeno se divide en:

**Un electrón (e-), que como sabemos tiene carga negativa.

**Un protón (H+), que como sabemos tiene carga positiva.

Esta separación se cataliza por la presencia de platino en el ánodo.

3. El electrolito es una membrana de cerámica. Esta membrana del electrolito polimérico (MEP) permite únicamente el paso de los protones (ion positivo de hidrógeno), hasta llegar al cátodo.

4. En el cátodo, se produce la combinación de los electrones y protones de hidrógeno con el oxígeno del aire, formando moléculas de agua (H2O), que en forma de vapor salen de la célula. Este vapor de agua sale caliente y se puede aprovechar su energía para calefacción, calentar el agua de una piscina, etc. La reacción que se produce en el cátodo la podemos representar como sigue:

O2 (oxígeno)+ 4H+ (iones de hidrógeno) + 4e-  —-> 2H2O

5. Si el gas de partida es por ejemplo metano (CH4), que tiene carbono en su composición, tendremos que a la salida de la pila, además el agua, saldrá CO2. Para un buen funcionamiento, los gases que entran en la pila (metano por un lado y aire por otro), se deben humidificar.

Por la descripción que hemos hecho, vemos que la pila de combustible se parece mucho a una batería, pero existen diferencias importantes:

**La batería tiene una capacidad determinada de producción de electricidad (según su tecnología y su capacidad de almacenamiento). Sin embargo la pila de combustible puede estar generando energía constantemente mientras se mantenga el flujo de combustible y aire entrantes.

**La  batería almacena energía pero no la produce. La pila produce energía pero no la almacena.

6.6.- Factores que influyen en el funcionamiento de las pilas de combustible

**Humedad. **Temperatura. **Flujo. ***Tecnología y materiales de las células


En función de todos esos factores tenemos que la vida útil de las pilas es en la actualidad



**Pilas estacionarias

Pueden tener una vida útil de más de 45.000 horas, con temperaturas exteriores muy diferentes (desde -35 °C hasta 40 °C).


**Pilas montadas en vehículos

Pueden tener una vida útil superior a las 5.000 horas, es decir unos 220.000 kilómetros recorridos, Lo que significa que la vida útil de la pila es aproximadamente igual a la del vehículo.

6.7.-Tipos de pilas de combustible

Tipo de pila ** Usos

*Pila de combustible de membrana polimérica** edificios Portátiles

*Pila de combustible alcalina** Espacio Militar

*Pila de combustible carbonatos fundidos** edificios Portátiles.

*Pila de combustible de carbonatos fundidos** centrales eléctricas

*Pila de combustible de óxidos sólidos** Generación a alta escala

Tipos de pilas de combustible

/**Pilas de combustibles de ácido fosfórico


Estas pilas utilizan el ácido fosfórico como electrolito. Ya están instaladas en hospitales, hoteles, casa, etc.

Estas pilas tienen varias ventajas:


**Pueden funcionar con hidrógeno puro

**Toleran concentraciones de CO de hasta 1,5 por ciento, lo que significa que se pueden utilizar varias tipos de combustible.

**Su tecnología está muy bien estudiada e implantada.

También tienen sus inconvenientes. Por ejemplo:


**Utilizan platino (metal muy caro) como catalizador.

**Si se usa gasolina como combustible, hay que eliminar previamente los sulfuros, ya que podrían dañar a los materiales de la pila.

**Producen intensidades de corriente y potencias inferiores a otros tipos de pilas.

**Son voluminosas y pesadas.

/**Pilas con membrana de intercambio de protones


Estas pilas trabajan a temperaturas de 80 °C. Tienen una alta densidad energética y se adaptan muy bien a los cambios en la demanda de producción, por lo que se utilizan en automóviles, donde se requiere una rápida puesta en marcha. Por su adaptabilidad a diversas potencias, se pueden utilizar también en el lugar de las baterías clásicas. Suministran una potencia variable (50 a 25 kW).

/**Pilas de combustible alcalinas


Estas pilas alcanzan una alta eficiencia (70 %), por lo que se usan en misiones espaciales para suministrar electricidad y agua (recuérdese que el subproducto de las pilas de combustible es agua potable). Trabajan a temperaturas de 150-200 °C, y su electrolito es una solución alcalina de hidróxido potasio. Su potencia es baja (0,3-5 kW)

PartesPila de combustible alcalina

1:Hidrógeno**2:Flujo de electrones**3: Carga**4: Oxígeno**5: Cátodo**6:Electrolito**

7:Ánodo**8:Agua**9:Iones hidróxido.

/**Pilas de combustible de oxido solido


Estas pilas utilizan oxido de zirconio solido o material cerámico, sin electrolito liquido, lo que les permite funcionar a temperaturas muy altas (hasta casi 1.000 °C). Además, tienen una alta eficiencia energética (60 por ciento) y hasta un 85 por ciento cuando se emplean en sistemas de cogeneración

/**Pilas de combustible de mezcla de carbonatos


Estas pilas utilizan como electrolito una solución liquida de litio y carbonatos (sódicos y potásicos), contenidos en una estructura porosa.

Hay módulos de este último tipo de pilas que incluyen:


**Sistema de limpieza de los gases que entran al modulo. De este modo se acondiciona debidamente el combustible entrante para su buen rendimiento en la pila de combustible.

**Un contenedor central de que alberga las celdas de combustible, una cámara de mezcla para el aire entrante, gas en el ánodo, aire en el cátodo, colector de los residuos del cátodo, ventiladores y un calentador (para iniciar el proceso).

**Estructura de protección de los equipos eléctricos (controles, inversor para transformar la corriente continua de la pila en corriente alterna, etc.).

/**Pilas de combustible de metanol


. Utilizan una membrana pero electrolito es metanol. Trabajan a una temperatura de 50-100°C y tienen un rendimiento del 40 por ciento. Se emplean en aplicación de baja o media potencia (para teléfonos, ordenadores, equipos electrónicos).  Aun están en desarrollo.

/**Pilas de combustible de cerámica protónica


Este tipo de pilas se caracteriza por tener un electrolito de material cerámico sólido, que tiene una alta conductividad para los protones a altas temperaturas (700 °C) pueden trabajar directamente con combustibles fósiles sin necesidad de su transformación en hidrógeno.

Modulo caliente (Hot module) que contiene una pila de combustible de carbonatos (sódico y/o potásico) y litio


6.8.- Pilas de combustible reversibles

Estas pilas tienen la capacidad de funcionar en sentido contrario. Es decir, en vez de producir electricidad a partir de hidrógeno, pueden producir también hidrógeno a partir de electricidad. Por ejemplo, supongamos el caso de una instalación de energía solar fotovoltaica instalada en una casa en la montaña. Esta instalación suministra electricidad a la casa. Pero en los momentos muy soleados, con un exceso de producción de  electricidad podemos optar por dos soluciones:

**Almacenar esa  electricidad sobrante en baterías. Esto significa que hay que disponer de las baterías de capacidad adecuada.

**Enviar esa electricidad sobrante a una pila de combustible reversible, que producirá hidrógeno. Ese hidrógeno se almacena y en los periodos nublados o por la noche se vuelve a suministrar como combustible a la pila y se obtiene electricidad. El rendimiento de este proceso reversible es del 30-40 %.

6.9.- Pilas de combustible según su aplicación

Podemos clasificar las pilas como sigue:


**Pilas estacionarias

Son las que se instalan en un lugar y no se mueven.


**Pilas portátiles

Son pilas de combustibles en miniatura que se utilizan para teléfonos móviles, ordenadores portátiles, audífonos, alarmas


**Pilas para usos en lugares donde no puede llegar la red eléctrica

En estas áreas, las,  pilas de combustible pueden ser una alternativa solas o en combinación con una instalación de aprovechamiento de la energía solar


**Pilas para vehículos de transporte

, todos los fabricantes de automóviles están investigando en este campo, y ya encontramos coches y autobuses que funcionan con pilas de combustible en Japón, USA Y Europa.


**Pilas para emisiones de metano y otros gases

En los lugares donde se existen yacimientos de gas natural o instalaciones de depuración que emiten gas metano

6.10.- Proyecto Zeocell (energías limpias para producir hidrógeno)

La Universidad de Zaragoza dirige un proyecto en el que colaboran instituciones de otros países para obtener hidrógeno de forma más ecológica. En el proyecto, además de incluir instituciones públicas de España, Holanda, Francia, Grecia e Italia, incorpora también empresas privadas (Cegasa por ejemplo, que se dedica a la fabricación de pilas).

La Uníón Europea está tratando de tomar medidas para disponer de “más energía y más limpia”. Entre esas medidas tenemos:

**Duplicar el uso de energías limpias para el 2020.

**Reducir el 20 por ciento las emisiones de CO2 también para el 2020.

**Mejorar la eficiencia energética un 20 por ciento en 10 años.

** Aumentar el uso de sistemas de cogeneración (más eficientes energéticamente, ya que  producen electricidad y aprovechan el calor sobrante).

El principio de funcionamiento de una pila de combustible de intercambio de protones trabaja de la siguiente manera:

1Cátodo, polo positivo de la pila, donde se vuelven a combinar el oxígeno y el hidrógeno. A la vez que inducen una corriente eléctrica con desprendimiento de calor.

2Ánodo, polo negativo de la pila, que conduce los electrones hacia un circuito exterior.

3Catalizador


El cátodo distribuye el oxigeno sobre la superficie de este catalizador.

Membrana de intercambio de protones


El cátodo conduce los electrones desde el circuito exterior hacia el catalizador, donde se recombinan con los iones de hidrógeno y oxígeno para formar agua

Una central eléctrica con pilas de combustible de 11,2 MW, la más grande del mundo según Fuel Cell Energy, ha comenzado a operar en Daegu City (Corea del Sur).

A diferencia de otras instalaciones de energía renovable como los campos eólicos o solares, las centrales con pilas de combustible tienen una huella ecológica menor, lo que las hace ideales en países con poco espacio disponible.

6.11. – Las estaciones para recargar hidrógeno

La estación consta de cuatro secciones:

**En esta primera sección tiene lugar la producción de hidrógeno por descomposición del agua en sus constituyentes (hidrógeno y oxígeno).

**En esta segunda sección se produce al almacenamiento en plataformas del hidrógeno producido en la primera.

**En la tercera sección se procede a la comprensión del hidrógeno a altas presiones para almacenarlo en depósitos de dimensiones normales. El hidrógeno está ahora en forma líquida.

**Esta última sección es la hidrogenera propiamente dicha donde está el surtidor o surtidores para despachar el hidrógeno.

Aplicaciones de las pilas de combustible:



**Generación eléctrica

El mercado más desarrollado se encuentra en fuentes estacionarias de electricidad y calor. En escuelas, bloques de oficinas, bancos. Etc.


**Transporte

Las pilas deben tener un tamaño y peso reducidos. Se pueden usar en vehículos terrestres, marítimos y aéreos.


**Aplicaciones portátiles

Tienen una baja temperatura de operación. Se pueden instalar en ordenadores en regiones que no poseen infraestructura eléctrica. Como baterías para teléfonos móviles.


**Aplicaciones especiales

Combinación de peso ligero, aporte de electricidad y calor sin generar ruidos ni vibraciones.


**Aplicaciones militares

Con autonomía de los equipos electrónicos. Gran ahorro de combustible en las maniobras.

6.12.- Funcionamiento de las baterías de litio

Los iones de litio pasan del ánodo (electrodo de grafito) al cátodo (electrodo de fosfato de hierro y litio) sirviendo como medio de transporte el electrolito (polímero en forma de gel). Por otro lado, los electrones pasan por un circuito exterior desde el ánodo al  cátodo creando una corriente eléctrica

Las pilas de iones de litio tienen sus ventajas e inconvenientes. Veamos las ventajas en primer lugar:


**Las pilas de iones de litio son muy ligeras para su tamaño, ya que los materiales de sus electrodos son poco pesados (litio, grafito).

**El litio es un elemento muy reactivo, lo que quiere decir que almacena mucha energía en sus enlaces atómicos. Es decir, tiene una alta densidad energética.

**Solo pierden un 5 por ciento de su carga al mes cuando no se usan.

**Se pueden cargar y descargar ciento de veces. No es necesario esperar a su descarga total.

Veamos ahora los inconvenientes de las pilas y baterías de iones de litio:


**Se usen o no 2-3 años de vida útil. En el caso de los automóviles totalmente eléctricos se emplean grandes baterías de iones que tienen una vida útil de 6 a 8 años.

**Son muy sensibles a temperaturas altas.

**Pueden arder.

**Tienen un precio alto en el caso de baterías para automóviles (hasta 12.000 euros o más), aunque cada vez resultan más baratas.

**Las baterías de iones de litio que se utilizan en los automóviles pueden pesar hasta 150-200 kilos.

De cualquier manera es importante conseguir baterías mejores que tengan las siguientes carácterísticas:



**Alta capacidad de almacenamiento de electricidad

Esto no solo es bueno para los vehículos híbridos, sido también para el almacenamiento de electricidad en general. Así si almacenamos gran cantidad de electricidad en baterías potentes, se puede vender durante el día (cuando es más cara por se mayor el consumo), y volver a cargar las baterías por la noche (cuando es más barata la electricidad por ser menor el consumo).

**Recarga rápida

6.13.- Vehículos totalmente eléctricos

Los vehículos eléctricos funcionan de forma parecida a los vehículos clásicos a base de gasolina o gasoil. La diferencia principal es que el motor de gasolina o gasoil se sustituye por un motor  que funciona por electricidad. Existen otras diferencias tales como:

**El motor electrónico no tiene cambio de marchas.

**El motor eléctrico no tiene depósito de combustible, que es sustituido por pilas o baterías que suministran electricidad.

**El motor de gasolina o gasoil aumenta su potencia al aumentar las revoluciones, lo contrario que un motor eléctrico. El motor eléctrico tiene un rendimiento máximo al inicio y va perdiendo potencia.

**El coche eléctrico pesa más que el convencional, ya que las baterías pesan mucho (hasta 200 kilos).

Los coches eléctricos pueden recargar sus baterías de dos formas:


**Enchufes tradicionales (se puede tardar de 5 a 8 horas).

**Postes trifásicos de carga rápida (se tardan 30 minutos en cargar la batería hasta el 80 % Es decir, estaciones de servicio preparadas para la recarga de los vehículos. Este es el gran problema que hay que afrontar para popularizar los coches eléctricos.

6.14.-Proyecto Movele

En España se está dando una gran importancia al coche eléctrico. El futuro del transporte puede estar en este tipo de vehículos, así que el Ministerio de Industria ha puesto en marcha el llamado Plan Movele para la introducción de este tipo de vehículos en nuestro país. Con este plan, a corto plazo se pretende:

**Introducción de 250000 coches eléctricos en el año 2014.

**Instalación de 540 puntos de carga eléctrica en Madrid, Barcelona y Sevilla.

Son muchas las empresas que tienen que colaborar para desarrollar e introducir los coche eléctricos. Los tipos de empresas más importantes son:

**Los fabricantes de coches.

**Los fabricantes de baterías.

**Las empresas eléctricas.

**Las empresas propietarias de las actuales gasolineras.

6.15.-Redes eléctricas inteligentes (smart grids)

Las líneas actuales de distribución de electricidad son prácticamente las mismas que hace cien años. Su objetivo es enviar electricidad a las viviendas, industriales, oficinas, etc., sea cual sea el nivel de consumo en casa momento, con lo que su eficiencia es muy baja. Es una red unidireccional (compañía eléctrica →consumidor).

Las redes eléctricas inteligentes se caracterizan por:


**Un sistema inteligente de control de la red.

**Líneas de transmisión superconductoras con menores perdidas y capaces de integrar la producción eléctrica de procedencia solar y eólica. Las perdidas en las redes eléctricas tradicionales son del 20 por ciento.

**El consumidor que genere electricidad por sistemas limpios (solar fotovoltaica, eólica), podrá vender electricidad a la red eléctrica. Para ello se instala en la vivienda, oficina, industria, edificio, etc

En el caso de los vehículos eléctricos que tipo de redes es fundamental ya que:


1 Ayudan a optimizar la distribución de la electricidad.

2 Reducen los precios.

3 Facilitan las recargas.

4 Permiten el consumo de electricidad generada por fuentes renovables y limpias (solar fotovoltaica, eólica).

5 Reducen las emisiones de CO2.

6.16.-Vehículos híbridos

**Vehículos que se caracterizan por tener un solo motor eléctrico. Este motor recibe la electricidad de la batería o baterías instaladas en el vehículo.

**Vehículos híbridos, que se caracterizan por tener dos motores, uno eléctrico y otro de gasolina o gasoil.

**Vehículos de pila de combustible que funcionan con hidrógeno.

Los llamados vehículos híbridos que pueden funcionar de dos formas:


1*Con los motores de gasolina o diésel clásicos, acompañados de la batería.

2*Con un motor eléctrico, que por el propio movimiento del  vehículo se realimenta de electricidad, en gran medida. Hay que puntualizar que aunque el coche eléctrico sea

Los vehículos híbridos (motores de gasolina o diésel y motor eléctrico) tienen ventajas tales como:


**Consumen menos gasolina o diésel, según sea el caso.

**Contaminan menos (durante el tiempo que están funcionando con el motor eléctrico.

**Pueden recargar gasolina como siempre en la red de gasolineras que existen en la mayoría de los países.

**El motor y el resto de los componentes del vehículo hibrido están hechos con nuevos materiales más ligeros,

**Pueden utilizar otros combustibles más limpios (biogás, biocombustible).

**Aunque el precio de un vehículo sea en la actualidad más alto que uno tradicional, existen ayudas gubernamentales para su utilización, por lo que pueden ser rentables.

**Los vehículos híbridos van dotados de unos frenos especiales regenerativos que consumen menos energía en la operación de frenado.

El usuario de un vehículo busca sobre todo tres cosas:


**Prestaciones. **Seguridad.**Precio.

6.17.- Componentes clave de los vehículos híbridos

Como es lógico, las baterías que incorporen son el elemento fundamentalmente. El almacenamiento de energía en las baterías deben ser de gran capacidad para aumentar la autonomía, pero ocupando poco espacio. También son muy importantes otros componentes:

**Equipos de potencia: se están desarrollando pilas de combustible (funcionan con hidrógeno) y turbinas de gas, que se pueden incorporar a los vehículos aumentando su potencia.

**Sistemas de propulsión: en el caso del motor eléctrico se está investigando para mejorar los sistemas de propulsión (menos contaminación, menos consumo de energía).

Otras carácterísticas de este prototipo de Toyota son:


**Pila de combustible FC (del ingles Fuel Cell) con un rendimiento superior en un 25 por ciento a los anteriores modelos.

**Depósitos de hidrógeno de alta presión (70 Mpa). Con ellos se consigue esa mayor autonomía que hemos citado antes (830 kilómetros).

**Se incorpora un control de la degradación del catalizador del electrodo, para mantener el nivel adecuado del mismo y que la pila funcione correctamente.

**La pila FC además de tener un mayor rendimiento también tienen una vida útil mayor que en modelos anteriores.

6.18.- Carácterísticas de un último modelo de automóvil hibrido

A continuamos vamos a ver las carácterísticas del últimos modelo PRIUS desarrollado por la firma japonesa Toyota.

**Motor de 1,8 litros y 99 caballos. El modelo anterior tenía 1,5 litros y 78 caballos de potencia.

**Motor eléctrico más ligero y potente que el modelo anterior. Tiene 82 caballos en lugar de los 68 del modelo anterior.

**Dimensiones 4,46 (largo) x 1,74 (ancho) x 1,49 (alto) x 2,70 (batalla). Cifras en metros. Volumen del maletero 445/970 litros.

**Carácterísticas mecánicas. Motor hibrido gasolina-eléctrico con una cilindrada  de 1.798 c.C. Y una potencia de 136 CV. Con tracción a las ruedas delanteras y cambio automático.

**Elementos para la seguridad: 7 airbags y ESP (control de estabilidad).

6.19.- El coche eléctrico y otros vehículos ecológicos (NH3Car,trenes, 4×4)

Chrysler ha desarrollado tres modelos totalmente eléctricos:

**Jeep Renegade. Se caracteriza por ser un vehículo de potencia.

**Dodge ZEO. Es un vehículo para circular por las ciudades.

**Voyager. Es un modelo para uso familiar.

Por su parte, la General Motors sigue desarrollando un modelo llamado Volt, que funciona a base de una pila de litio. También la japonesa Toyota dispone de:

**Vehículo hibrido (modelo Prius).

**Vehículo eléctrico, en desarrollo, alimentado por una pila de litio.

6.20.- Últimos desarrollos en vehículos totalmente eléctricos o híbridos

Nissan Leaf


. Es un automóvil completamente eléctrico. Tiene una longitud de 4,4 metros y 1,77 metros de ancho, cinco plazas, motor eléctrico de 107 CV, alcanza una velocidad de 140 km/h y tiene una autonomía de 160 kilómetros.

Mitsubishi i-MIEV


Como en el caso anterior, se trata de un vehículo totalmente eléctrico. Tiene una autonomía de 130 kilómetros y una velocidad máxima de 130 km/h. El motor eléctrico es de 47 kw (64 CV

Renault BE BOP ZE


Se trata en este caso de una furgoneta que solo lleva motor eléctrico. Tiene una autonomía de 160 kilómetros.

HydroGen4 de General Motors


Este es un vehículo de pila de combustible. Cuenta con 440 células conectadas en serie, con un total de carga de 93 KW,

Mercedes Blue ZERO


Este es un modelo hibrido. Tiene un motor de combustión de 3 cilindros, con turbo, 1000 cc de cilindrada y una potencia de 67 CV.

Los vehículos híbridos tienen dos fuentes energéticas:


**Electricidad suministrada por baterías o por pilas de combustible.

**Energía térmica (gasolina, diésel) obtenida en un motor de combustión interna.

Los vehículos híbridos pueden clasificarse en:


**Paralelo (el motor eléctrico y el térmico, indistintamente, pueden hacer que se mueva el vehículo).

**Serie (el motor térmico genera electricidad, y el motor eléctrico mueve el vehículo).

Se ha experimentado con el amoniaco como combustible para vehículos grandes. Pero se ha visto que tiene inconvenientes:

**El amoniaco no se encuentra en yacimientos o minas, hay que fabricarlo.

**El amoniaco se almacena en contenedores presurizados y a baja temperatura para que se mantenga liquido,

6.21.- Trenes híbridos

Ha sido fabricado por la empresa canadiense Bombardier. Alcanza una velocidad de 160 km/hora. Puede pasar de diésel a eléctrico sin necesidad de detenerse, y puede circular por las vías actuales, aunque no estén electrificadas. Con este sistema se pueden reducir las emisiones contaminantes en un 20 por ciento.

6.22.- Vehículos con dispositivo para reducir las emisiones de CO2

Un ingeniero británico Ian Houston, ha utilizado su propio vehículo para efectuar las pruebas. Se trata de un todo terreno Mitsubishi Montero, que tiene una cilindrada de 2,5 litros y que emite 275 gramos de CO2  por kilómetros recorrido

6.23.- Autobuses ecológicos

San Francisco (USA) quiere ser la ciudad más ecológica del mundo, por lo que van a sustituir todos los vehículos municipales que funcionan con diésel. Van a ser reemplazados por el combustible B20, que como ya dijimos anteriormente, está compuesto por un 80 por ciento de diésel y un 20 por ciento de biocombustibles. Con esta modificación se espera reducir el consumo de diésel en 4,5 millones de litros al año.

6.24.- Producción de hidrógeno a partir de agua

En las pilas de combustible, el hidrógeno (en estado puro, como gas natural, etc), se emplea para producir electricidad. Como sabemos el agua tiene una gran proporción de hidrógeno, por lo que podría ser una buena fuente de suministro, siempre y cuando resulte energéticamente rentable.

Para romper las moléculas de agua se necesitan temperaturas muy altas (2.200 °C).

                                       2 H20  → 2H2  + 02

En el fondo, es la idea sobre la que siempre se ha especulado: el motor de agua. Es decir, obtener energía barata a partir de una sustancia muy abundante en la naturaleza.

La empresa Clean Hydrogen Producers Ltd, propone el siguiente sistema para romper las moléculas de agua y obtener hidrógeno. Las fases del citado sistema son las siguientes:

1*Concentrador solar. En primer lugar se dispone de una instalación de espejos solares por conjuntos de 93 metros cuadrados, que concentran las radiaciones solares hasta 10.000 veces, dentro de un horno especial, alcanzándose la temperatura de 2.200 °C en su interior

2*Separador del hidrógeno. El agua contenida en el horno, al calentarse a 2.200 °C se descompone en moléculas de hidrógeno (H2) y oxigeno (O2). Para la separación de las moléculas de hidrógeno de las de oxigeno, en el interior del horno se ha instalado un filtro separador cerámico capaz de aguantar altas temperaturas. Los materiales de este filtro son óxidos de zirconio, tungsteno y Tántalo (Tantalio), así cono carburos de silicio.

3*Pila de combustible. Una vez separado el hidrógeno, se envía a una pila de  combustible para la producción de electricidad. Ya hemos estudiado las pilas de combustible y su funcionamiento en este mismo capítulo.

4*Resumen. Lo que hemos hecho es concentrar las radiaciones solares, utilizando el calor producido para romper las moléculas de agua. Se procede a la separación de las moléculas de hidrógeno y oxigeno, utilizando las primeras para producir electricidad en pilas de combustible.

Un día normal con 6,5 horas de sol, se produce por este sistema 6,5 kwh/m2/día, que es suficiente para descomponer 94,9 litros de agua. Esto significa que en un año podemos descomponer unos 35.300 litros de agua. Es importante reséñar que vale cualquier tipo de agua, filtrada y con  eliminación del cloro u otras sustancias presentes.

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