Este documento describe el hidrógeno como una posible fuente de energía del futuro. Explica que el hidrógeno se puede obtener a través de la electrólisis del agua o la gasificación de combustibles fósiles. Luego se detalla cómo funcionan las celdas de combustible de hidrógeno para generar electricidad a partir de una reacción entre el hidrógeno y el oxígeno. Finalmente, se mencionan algunos ejemplos actuales del uso del hidrógeno en vehículos y generación eléctrica.

1. El hidrógeno
como energía
Jose Candel, Elias Càceres,
Arnau Depares, Oriol Cervelló

2. ¿Qué es el hidrógeno?
El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica.
Es el elemento químico más ligero que existe, su átomo está formado por
un protón y un electrón y es estable en forma de molécula diatómica (H2).
Características: En condiciones normales se encuentra en estado gaseoso,
y es insípido, incoloro e inodoro.

3. Obtención del hidrógeno

4. Tipo de obtención
Se puede producir a partir de
diferentes materias primas,
diferentes fuentes de energía
y por diferentes
procedimientos.
Según la materia prima y la
fuente energética utilizada
para producirlo, se podrá
hablar de procesos 100%
renovables, 100% fósiles o
híbridos.
Existen 3 métodos para obtener hidrógeno: 1. Transformación molecular 2. Gasificación del carbón 3. Electrolisis del
agua.

5. Tipo de obtención
La termólisis: es la reacción en la que un compuesto se
separa en al menos otros dos, cuando se somete a un
aumento de temperatura. El agua calentada a más de
2500 ºC rompe sus enlaces y se convierte en átomos de
hidrógeno y oxígeno.
Se puede producir a partir de energías renovables y
energía nuclear.
Electrólisis: La electrólisis es el proceso que separa los
elementos de un compuesto por medio de la electricidad.
En ella ocurre la liberación de electrones en el ánodo (una
oxidación) y la captura de electrones en el cátodo (una
reducción).
Se puede producir a partir de energías renovables, energía
nuclear y combustibles fósiles.

6. Tipo de obtención
Reformado y gasificación: Por medio de reacciones químicas,
convierten combustibles orgánicos y fósiles en hidrógeno,
liberando Co2.
Se puede producir a partir de energías renovables y
combustibles fósiles.

7. Los colores del hidrógeno: tipo según su forma de producción
La Agencia Internacional de la Energía (IEA), ideó en 2019 una clasificación por colores, de carácter más
divulgativo, y que otras instituciones han ido ampliando despacio.
Grácias a la clasificación en distintos colores del hidrógeno podemos saber la forma de producción de
este, igual que la cantidad de emisiones que genera el proceso de su producción.

8. Transporte y almacenamiento
Hay varios sistemas de almacenamiento de hidrógeno. La elección del sistema más adecuado dependerá de la
aplicación final en que se utilice. Hay los siguientes:
Almacenamiento a presión: Se almacena a una presión entre 200-
350 bar en tanques o cilindros de acero. Cuanto mayor es la
presión, más gas hidrógeno se almacena.
Almacenamiento líquido: El hidrógeno pasa a
estado líquido a una temperatura inferior a -
235 ºC. Se utilizan tanques especiales
(«criogénicos»), que es necesario enfriar para
mantener las bajas temperaturas interiores
que se requieren. Este sistema sólo es
utilizado cuando se necesita maximizar la
capacidad de almacenamiento.

9. Transporte y almacenamiento
Hidruros metálicos: Ofrece una alta capacidad de almacenamiento y presenta
diversas ventajas de seguridad y manipulación frente a otros sistemas. Sus principales
desventajas son el elevado peso de los equipos y su alto precio
Nanotubos de carbono: Son estructuras de grafito, en forma de hexágonos de
carbono, que se disponen formando tubos de diámetro muy pequeño (nanotubos),
dentro de los cuales se puede almacenar gran cantidad de hidrógeno. Este sistema
tiene un gran potencial.

10. Transporte y almacenamiento
En principio, el hidrógeno puede ser transportado en estado gaseoso (a
presión) o líquido (criogénico), pudiendo distribuirse a través de tuberías o
mediante camiones, barcos o trenes, que incorporan alguno de los métodos
de almacenamiento vistos con anterioridad.
La distribución es el proceso de puesta
a disposición del usuario final del
hidrógeno. Actualmente, se realiza
desde tanques a presión en el punto de
suministro. En el futuro, cuando se
generalice el uso del hidrógeno, se
diseñarán sistemas de interconexión
por tubería que lo hagan llegar a los
hogares.

11. Celda de hidrógeno

12. Principio de funcionamiento
Este tipo de motor funciona gracias a una pila de
combustible. En esta pila de combustible se produce una
reacción química entre el hidrógeno almacenado en los
depósitos del vehículo y el oxígeno que llega del exterior.
Al combinar el hidrógeno con el oxígeno de la atmósfera se
produce energía eléctrica. Gracias a la electricidad
generada a partir de este sistema podemos hacer
funcionar motores eléctricos.
Funcionamiento de una pila de combustible

13. Tipos de celdas según el dieléctrico
Pilas de combustible según el electrolito empleado:
Pilas de combustible con membranas alcalinas como electrolito (PEM):
(Polymer Electrolyte Membrane o Proton Exchange Membrane); También
denominadas pilas de combustible con membrana de intercambio de
protones.
● Electrolito: membranas poliméricas conductoras de protones. La
marca más conocida y utilizada de este tipo de membranas es Nafion de
la casa DuPont.
● Carga en movimiento: H+.
● Catalizadores típicos: Pt depositado sobre un sustrato carbonoso.
También puede ser Pt-Ru si los reactantes contienen trazas de CO o
CO2.
● Temperatura de funcionamiento: 60 – 80 ºC (Baja temperatura).

14. Pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC, Phosphoric Acid Fuel
Cells):
● Electrolito: pues con este nombre no pueden utilizar otra cosa que
ácido fosfórico y bien concentrado eh, sin tonterías, en torno al
100%. Igual que en las AFC se utiliza una matriz para retener el
electrolito, en este caso suele ser de SiC.
● Cargas en movimiento: H+.
● Catalizadores típicos: Pt.
● Temperatura de funcionamiento: unos 220 ºC.
Tipos de celdas según el dieléctrico

15. Tipos de celdas según el dieléctrico
Existen otros tipos de pilas de combustible, pero las cargas en movimiento en la membrana de las pilas no
son hidrógeno son de otro elemento químico aunque internamente el hidrógeno si que está presente
también.

16. Cómo obtenemos el O2 necesario
Para poder obtener el oxígeno necesario para producir la reacción en las células es
necesario usar un turbocompresor responsable de forzar la entrada de aire
(oxígeno) a la pila de combustible.

17. Residuo de la celda
El único residuo que produce la reacción de la celda
es vapor de agua. No produce ningún tipo de gas
contaminante para la atmósfera.

18. Ejemplos de utilización real
Toyota Mirai (segunda generación).
Toyota ha producido el primer vehículo eléctrico
impulsado por hidrógeno (sin emisiones).
Su principal objetivo es para el 2025. Lanzar una
gama de 40 vehículos nuevos y eléctricos.
1. Movilidad

19. Ejemplos de utilización real
Otro de los ejemplos que actualmente se está estudiando e implementando en casas, es usar las pilas de
combustible para generar electricidad, calor y agua caliente.
2. Generación eléctrica

20. Ejemplos de utilización real
Como podemos ver en el esquema, se muestra el
funcionamiento de este tipo de instalación.
Los paneles de hidrógeno (1) obtienen el gas de
hidrógeno a partir del agua (H2O) en el ambiente y la
electricidad de los paneles fotovoltaicos. Ese hidrógeno
se puede consumir directamente en un calentador o pila
de combustible (2), y todo el excedente se puede derivar a
un tanque de almacenamiento (3). Otra posibilidad que
tenemos es inyectar ese hidrógeno en una red de
suministro local (4) a cambio de remuneración económica
o para compartirlo de forma colectiva.

21. Motores de explosión con
hidrógeno

22. Principio de funcionamiento
Los motores de explosión de hidrógeno emplean un diseño muy
parecido a los motores GLP y GNC. Se trata de un motor de
cuatro tiempos para la admisión, compresión, ignición y escape.
Además producen el mismo tipo de sonido.
Las relaciones existentes entre el aire-combustible, compresión,
tiempo y energías de ignición son muy diferentes en
comparación con los de gasolina.

23. Residuo de los motores
El motor de hidrógeno en los automóviles
produce una mínima cantidad de hidrocarburos.
Los principales componentes de los gases de
escape son el óxido de nitrógeno (NOx). Gracias
a su muy alta velocidad laminar de combustión y
amplios límites de ignición, el hidrógeno permite
una combustión pobre con una gran cantidad de
aire.
Las bajas temperaturas de los gases de escape
implican que, incluso sin postratamiento, que es
un medio eficaz para reducir las emisiones de
NOx, el nivel ya está por debajo de los límites
actuales.

24. Ejemplos de utilización real
1. Movilidad
Uno de los ejemplos más conocidos es el del vehículo Toyota Corolla Sport. Este
vehículo compitió el pasado año en la Super Taikyu Series en Japón, una carrera
de resistencia perfecta para probar este tipo de tecnología.

25. Ejemplos de utilización real
Para los que les gusta que suene el motor de un coche, este Toyota Corolla Sport
suena muy parecido a los coches deportivos a gasolina. En este video podemos
escucharlo en acción.

26. Conclusions

27. Conclusions
El hidrógeno se puede considerar el combustible del futuro. Si entendemos la necesidad de eliminar poco a poco los
combustibles fósiles de la vida cotidiana, podemos decir que el hidrógeno es la mejor alternativa, puesto que reduciremos las
emisiones del CO₂ a la atmósfera.
Al combinar el oxígeno de la atmósfera con el hidrógeno, se produce una gran cantidad de energía por unidad de masa
(aproximadamente tres veces más que la gasolina).
A comparación de los combustibles habituales, el hidrógeno genera agua como subproducto, y en los motores de combustión
los residuos de CO₂ son mínimos.
Consideramos el hidrógeno como energía limpia por su obtención mediante energías renovables. Un punto muy a favor de
este combustible es su abundancia en la naturaleza.
Consideramos este combustible como el combustible del futuro, siendo capaz de cambiar el ciclo actual de dependencia de los
combustibles fósiles.
Creemos que este combustible apuntará en un futuro automovilístico pesado, como trenes, aviones, camiones… Ya que se
necesita de un gran contenedor a presión muy alta para poder almacenar tal combustible.
Por último, creemos que otra de las utilidades que tendrá un peso elevado en el futuro será el inyectar este gas a las actuales
redes de gas natural

28. Bibliografía
https://www.tecnologia-automovil.com/articulos/tecnologias-limpias/pila-de-combustible-de-hidrogeno/
https://www.toyota.es/beyond-zero?gclid=EAIaIQobChMInoyXyNv99wIVEIxoCR1vgAyWEAAYASAAEgKkI_D_BwE&gclsrc=aw.ds
https://avtotachki.com/ca/vodorodnyj-dvigatel-kak-rabotaet-i-nedostatki/
https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/tecnologia/hidrogeno-motores-combustion-solucion-previa-
electrificacion/20201104204015039625.html
https://www.autonocion.com/como-funciona-un-motor-de-hidrogeno/
https://apilados.com/blog/tipos-de-pilas-de-combustible-su-clasificacion/
https://www.cnh2.es/el-
hidrogeno/#:~:text=El%20hidr%C3%B3geno%20es%20el%20primer,de%20mol%C3%A9cula%20diat%C3%B3mica%20(H2).
https://www.rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/como-obtener-hidrogeno
https://www.rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/almacenamiento-transporte-y-distribucion-del-hidrogeno
https://www.autonocion.com/la-pila-de-combustible-de-hidrogeno-esta-de-moda-pero-sabes-como-funciona/
https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/tecnologia/hidrogeno-motores-combustion-solucion-previa-
electrificacion/20201104204015039625.html