El Motor de hidrogeno - introducción

De todos es sabido que la principal fuente de energía actual, es decir, el petróleo y sus derivados, no disponen de una vida ilimitada. Más bien al contrario, en unos 40 ó 50 años las reservas uedarán agotadas. Otro problema primordial derivado de la actual política energética es el de la contaminación. Según recientes estudios médicos, algunos de los contaminantes generados en la combustión de los hidrocarburos son responsables de numerosas enfermedades pulmonares, mientras que otros, como el monóxido de carbono en altas concentraciones, aumenta la probabilidad de sufrir un infarto. Estos contaminantes no sólo afectan directamente al ser humano, sino que también lo están haciendo de forma indirecta gracias al temido efecto invernadero, el cual puede llegar a provocar un fuerte cambio en el clima global de forma que se incrementarán los fenómenos climáticos extremos como huracanes, tifones, sequías,inundaciones, etc.
Otro problema de los combustibles derivados del petróleo es el de la diversidad geográfica, ya que el petróleo se encuentra concentrado en un pequeño número de naciones agrupadas en la O. P. E. P., organización que ya dio un toque de atención a la comunidad internacional con la crisisdel petróleo de los años 70. Desde un punto de vista económico este es un gran inconveniente que se debería solucionar con la diversificación de las fuentes de energía, algo que el combustible que trataremos en este informe ayudará a conseguir.
Ahora bien, en última instancia, el problema más grave y que alzará a un puesto de privilegio a las energías renovables y a los combustibles ecológicos será la elevación del precio del petróleo a medida que se vaya agotando. Será entonces, y sólo entonces, cuando existirá un consenso global para la transición de un sistema energético a otro que sea sostenible. Afortunadamente, ya existen iniciativas en este sentido desde hace varios años, pero han chocado frontalmente con los intereses creados en torno a la industria del petróleo.
Son bastantes los años que se lleva investigando arduamente en el campo de las energías renovables con el fin de encontrar la solución a estos graves problemas. No obstante, las opciones más conocidas, como pueden ser la energía solar, eólica, nuclear, etc., no logran satisfacer la elevada demanda energética de los países desarrollados, y mucho menos lograrán suplir de energía a las naciones en desarrollo, al menos a corto plazo. La cuestión es que estas fuentes de energía sufren una serie de problemas, principalmente tecnológicos, que las convierten en inviables a la hora de satisfacer la demanda energética mundial de forma sostenible en la actualidad. Es de esperar que las investigaciones en estos campos avancen de forma que se consiga una producción energética suficiente y sostenible.
En este informe se tratará la aplicación del hidrógeno como combustible en motores de combustión interna. El hidrógeno es considerado como la opción de futuro para sustituir al petróleo como fuente principal de energía, tanto en el campo de la automoción como en cualquier otro. Es un hecho que la mayor parte del combustible de origen fósil se emplea en el campo de la automoción y transporte, con lo que una gran parte de la contaminación será generada por vehículos. A causa de esto, resultará interesante promover e investigar el empleo de hidrógeno como combustible en motores de combustión interna.
El interés por el hidrógeno no es tan reciente como se puede creer, ya a finales del siglo XIX H. R. Ricardo concibió un motor de cuatro tiempos que empleaba esta sustancia como combustible. Como es de esperar este proyecto no produjo resultados totalmente satisfactorios, pues, en caso contrario, no estaríamos tratando este tema como novedad, sino que estaríamos acostumbrados a ver automóviles emisores de agua. Dadas las especiales
condiciones de combustión del hidrógeno, el motor no presentaba un buen comportamiento debido a problemas de autoencendido. De todos modos, el principal problema consistía en el almacenamiento, generación y manejo del, por aquel entonces, elemento recién descubierto.
Varios años más tarde, cuando se comenzaron a construir los dirigibles, que eran básicamente globos de hidrógeno, un ingeniero alemán, Rudolph Erren, trabajó en un motor para estos aparatos cuyo combustible fuera el hidrógeno. Llegó a resolver los problemas de autoencendido en el carburador mediante la inyección directa y, de no ser por ciertos acontecimientos históricos y por el descubrimiento de grandes y accesibles yacimientos de petróleo, podría haber sido posible la construcción de dirigibles a hidrógeno. Por último, desde los años 70 se viene investigando con grandes dotaciones económicas el uso del hidrógeno como combustible. Por ejemplo, gracias a la carrera espacial entre la U. R. R. S. y los Estados Unidos se produjo un gran avance en el manejo del hidrógeno por sus ventajas en lo que a peso se refiere. El hidrógeno es el combustible menos denso que existe lo que lo hace ideal para los viajes espaciales. Es un hecho que los motores de los cohetes funcionan a base de hidrógeno y oxígeno y que, además, este hidrógeno se ha empleado también en la alimentación eléctrica de las misiones a la luna por medio de las células de combustible.

El hidrógeno también puede emplearse paraalmacenar electricidad, ya que los procesos implicados en la conversión del hidrógeno en energía eléctrica y viceversa gozan de buenos rendimientos. Consideremos el gran problema que plantean los valles de consumo eléctrico a las compañías del sector. En vez de reducir la producción, se podría aprovechar la energía sobrante en procesos de generación de hidrógeno por electrólisis. Por otro lado, la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno puede llevarse a cabo electrolíticamente, es decir, gracias a la reacción puede obtenerse energía eléctrica. De aquí que la aplicación de las células de combustible en automoción, las cuales se basan en esto último, sea un tema que está siendo muy investigado en los últimos años. Estos dispositivos también son considerados Z. E. V. (vehículos de emisión cero)1 ya que la reacción consiste en la combinación de hidrógeno y oxígeno para dar agua de forma electrolítica y no existen productos de reacción secundarios, como los NOx, al no darse combustión alguna. Ahora bien, el principal problema que presentan las células de combustible se encuentra en su alto coste de producción, amén de otros problemas menores como la alta sensibilidad ante impurezas, el problema del repostaje, etc. A pesar de conseguir unos muy altos rendimientos, las células de combustible se presentan como la fuente de energía más común a largo o muy largo plazo, tan pronto se desarrolle la tecnología involucrada y, con ello, se reduzcan los precios.

Aparte de todas las ventajas expuestas, la indudable ventaja con que cuenta el hidrógeno radica en que es prácticamente ilimitado, pues la materia prima de la que se extraería es el agua o de algunos hidrocarburos como el metanol o las gasolinas. Además, suponiendo que el método de producción del hidrógeno involucre energías renovables, síntesis electrolítica partiendo de energía solar por ejemplo, podemos conseguir un ciclo energético totalmente libre de emisiones pues el resultado de la combustión no es más que agua que volverá a ser empleada en la producción de más hidrógeno o bien en determinados procesos industriales que requieran el concurso del agua. De todos modos, tal y como apuntamos un poco más arriba, las energías renovables no se encuentran todo lo desarrolladas que sería de esperar con lo que la generación del hidrógeno se llevaría a cabo mediante otros procesos más
sucios como la generación a partir de los hidrocarburos mencionados. Todo lo relatado en este último párrafo se resume en la siguiente figura: