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Mercedes venderá auto eléctrico con pila electrolítica

Àlvaro Rojas, de la Redacción de El Chileno
En tres años (2014) la fábrica de vehículos motorizados alemana Daimler Benz (Mercedes) pondrá en el mercado un vehículo de será operado con una batería catalítica.

El vehículo requerirá ser cargado con hidrógeno puro. La firma cerró un contrato con una empresa fabricante de gases industriales para iniciar la instalación en gran escala de “bombas” de hidrógeno en todo el territorio alemán en los locales donde hoy funcionan las bombas de bencina.
El hidrógeno de ellas será generado en el mismo lugar con plantas pequeñas de electrolisis, el procedimiento por el que se separa el hidrógeno del agua.
La primera estación de reabastecimiento de hidrógeno como combustible fue abierta en Reykjavík, Islandia en abril de 2003. Esta estación abastece a tres autobuses construidos por Daimler Chrysler y que prestan servicio en la red de transporte público de Reykjavík. La propia estación produce el hidrógeno que necesita, gracias a una unidad electrolizadora (fabricada por Norsk Hydro), y no necesita ser abastecida externamente: los únicos suministros necesarios son electricidad y agua. Shell también participa en el proyecto. La estación no tiene cubierta, para que en caso de peligro el hidrógeno pueda escapar libremente a la atmósfera.
La celda o pila de combustible es un catalizador que hace pasar el hidrógeno por una membrana mezclándolo con aire y de esa forma “reconstruyendo” el agua. En este proceso se genera electricidad y vapor de agua en la pila. La electricidad es usada para mover un motor eléctrico y el vapor de agua sale por el escape del vehículo.
Esta solución para reemplazar el petróleo en los vehículos con motor de combustión interna será eficiente para proteger el medio ambiente cuando la electricidad que requieren las plantas generadoras en las “bombas” de hidrógeno sea limpia, es decir provenga de generadoras de viento, el agua o el sol. Las emisiones de CO2 que entregan a la atmíosfera los autos hoy día será “trasladada” a las centrales generadoras de energía masiva que en el caso de Alemania y Europa son en parte nucleares; en parte a carbón y gas mineral y en los Estados Unidos mayoritariamente a carbón, por lo que el impacto  (en las condiciones actuales) en la polución de la atmósfera será muy pequeño con el uso de estos vehículos si no cambia paralelam,ente la matriz generadora de energía necesaria para obtener el hidrógeno del agua.
La empresa Daimler Benz informó en una conferenia de prensa a la que asistió El Chileno, que el vehículo prototipo había pasado la prueba de la práctica. Un grupo de autos dio la vuelta al mundo (recorrieron 33 mil kilómetros) propulsados por la pila electrolítica, sin mayores dificultades.
El mayor desafío, dijeron los ejecutivos de Daimler en la conferencia de presa, será la red de abastecimiento de hidrógeno. Informaron que han invertido mil  millones de Euros en el afinamiento de la nueva técnica y que está madura para que los vehiculos de serie de Mercedes sean ofrecidos en el mercado mundial en 2014.
La pila electrolítica fue inventada en 1838 en Inglaterra y ha sufrido constantes refinamientos técnicos desde esa época hasta que en un laboratorio de los Estados Unidos un investigador usó una membrana de polímero que aumentó radicalmente la eficiencia del proceso generador de elecfricidad, por lo que la pila devino eficiente.
Con este paso la empresa automovilística mas grande Alemania y una de las mas grandes del mundo confirma su característicade ser la que introduce innovaciones en el mercado.
Daimler no está sola
Hay numerosos prototipos y modelos de coches y autobuses basados en la tecnología de la pila de combustible. Las empresas de automoción siguen investigando y ya han llegado a fabricar algunos prototipos. Compañías como DaimlerChrysler, Ballard Power Systems, Ford, Volvo, Mazda, General Motors, BMW, Hyundai, o Nissan, entre otras. Sin embargo, Honda es la única firma que ha obtenido la homologación para empezar a comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el FCX Clarity, en Japón y Estados Unidos en 2008.
En septiembre de 2009, diferentes compañías (Honda, DaimlerChrysler, Ford Motor Company, General Motors Corporation/Opel, Hyundai Motor Company, Kia Motors Corporation, la alianza Renault SA y Nissan Motor Corporation y Toyota Motor Corporation), firmaron un acuerdo para homogeneizar el desarrollo y la introducción al mercado de vehículos eléctricos impulsados con pila de combustible, lo que se consideró un gran paso hacia la producción en serie de vehículos de cero emisiones. En el acuerdo, las compañías anticipaban que, a partir del año 2015, una cantidad significativa de vehículos eléctricos con pila de combustible podrían ser comercializados.
Los submarinos que no compró Chile
Los submarinos Type 212A, un avanzado diseño alemán no nucleares, utiliza pilas de combustible (desarrolladas por Siemens) para alimentar nueve propulsores y puede mantenerse sumergido durante semanas sin tener que subir a la superficie, un sistema propulsor parecido de pilas de hidrógeno, aunque mejorado tienen los submarinos españoles S-80 desarrollado por Abengoa.
Como se sabe Chile compró submarinos a un consorcio franco-español que nunca había fabricado esos barcos y deseschó la oferta alemana del submarino 212A
En abril de 2008, en Toledo (España), la compañía Boeing hizo volar el primer avión propulsado por pila de hidrógeno. De manera parecida Airbus está desarrollando un prototipo de avión que utiliza esta tecnología.
Actualmente, un equipo de Estudiantes universitarios llamado Energy-Quest está preparando un barco accionado por esta tecnología para hacer un viaje alrededor del mundo, así como otros proyectos usando combustibles más eficientes o renovables. Su empresa se llama Tritón.
Economía y Medio Ambiente
Las celdas de combustible son muy atractivas para usos avanzados por su alta eficacia e idealmente por ser de emisiones cero, en contraste con los combustibles actuales más comunes, como puedan ser el metano o el gas natural, que siempre generan dióxido de carbono. Casi el 50% de toda la electricidad que es producida en los Estados Unidos, es procedente del carbón, que es una fuente de energía altamente sucia. Si se utiliza electrólisis para crear el hidrógeno usando la energía procedente de las centrales eléctricas, en realidad el hidrógeno es creado a partir de carbón. Aunque la celda de combustible sólo emita calor y agua como residuos, el problema de la contaminación continuará presente en las centrales eléctricas, mientras no se impulse decisivamente la generación con las fuentes aeólicas; solares y de masa biológica.
Un acercamiento global debe considerar los impactos provocados por el escenario completo del hidrógeno, lo que incluye la producción, el uso, la infraestructura y los conversores de energía. Las pilas de combustible hoy en día están sobredimensionadas de catalizador, para compensar su propio deterioro ya que usan platino para aumentar la eficiencia de la convertibilidad. La limitación en las reservas minerales de platino ha provocado la búsqueda de otras soluciones, por ejemplo la síntesis de un complejo inorgánico muy similar a la base catalítica del hierro-sulfuro de las bacterias hidrogenasas. Las reservas mundiales de platino serían insuficientes (una cuarta parte) del necesario para permitir una conversión total de los vehículos a células de combustible: una introducción significativa de vehículos con la actual tecnología, por lo tanto, provocaría un gran incremento del precio del platino y un descenso significativo de sus reservas. Sin embargo, trabajos recientes han logrado diseñar catalizadores de hierro y nitrógeno tan eficientes como los de platino, pero con una menor vida útil (100 horas).

El principio de funcionamiento de la célula de combustible fue descubierto por el científico Christian Friedrich Schönbein en Suiza en 1838 y publicado en la edición de enero de 1839 del "Philosophical Magazine". De acuerdo con este trabajo, la primera fue desarrollada en 1843 por Sir William Grove, un científico galés, utilizando materiales similares a los usados hoy en día para la célula de ácido fosfórico. No fue hasta 1959 cuando el ingeniero británico Francis Thomas Bacon desarrolló con éxito una célula estacionaria de combustible de 5 kilovatios.
En 1959, un equipo encabezado por Harry Ihrig construyó un tractor basado en una célula de combustible de 15 kilovatios para Allis-Chalmers que fue expuesto en EE.UU. en las ferias del estado. Este sistema utilizó hidróxido de potasio como electrolito e hidrógeno y oxígeno comprimidos como reactivos.
Más adelante, en 1959, Bacon y sus colegas fabricaron una unidad de 5 kW capaz de accionar una máquina de soldadura, que condujo, en los años 60 a que las patentes de Bacon licenciadas por Pratt y Whitney en los Estados Unidos (al menos la idea original) fuesen utilizadas en el programa espacial de Estados Unidos para proveer a los astronautas de electricidad y de agua potable a partir del hidrógeno y oxígeno disponibles en los tanques de la nave espacial.
Paralelamente a Pratt & Whitney Aircraft, General Electric desarrolló la primera pila de membrana de intercambio de protones (PEMFCs) para las misiones espaciales Gemini de la NASA. La primera misión que utilizó PEFCs fue la Gemini V. Sin embargo, las misiones del Programa Apolo y las misiones subsecuentes Apolo-Soyuz, del Skylab, y del transbordador utilizaban celdas de combustible basadas en el diseño de Bacon, desarrollado por Pratt & Whitney Aircraft.
UTX, subsidiara de UTC Power fue la primera compañía en fabricar y comercializar un sistema de células de combustible estacionario a gran escala, para su uso como central eléctrica de cogeneración en hospitales, universidades, y grandes edificios de oficinas. UTC Power continúa comercializándola bajo el nombre de PureCell 200, un sistema de 200 kilovatios, y sigue siendo el único proveedor para la NASA para su uso en vehículos espaciales, proveyendo actualmente al trasbordador espacial. Además está desarrollando celdas de combustible para automóviles, autobuses, y antenas de telefonía móvil. En el mercado de automoción, UTC Power fabricó la primera capaz de arrancar a bajas temperaturas: la célula de membrana de intercambio de protones (PEM).
Los materiales utilizados eran extremadamente caros y las celdas de combustible requerían hidrógeno y oxígeno muy puros. Las primeras celdas de combustible solían requerir temperaturas muy elevadas que eran un problema en muchos usos. Sin embargo, se siguió investigando en celdas de combustible debido a las grandes cantidades de combustible disponibles (hidrógeno y oxígeno).
A pesar de su éxito en programas espaciales, estos sistemas se limitaron a aplicaciones especiales, donde el coste no es un problema. No fue hasta el final de los años 80 y principios de los 90 que las celdas de combustible se convirtieron en una opción real para uso más amplio. Varias innovaciones, catalizador con menos platino y electrodos de película fina bajaron su coste, haciendo que el desarrollo de sistemas PEMFC (para, por ejemplo, automóviles) comenzara a ser realista.
Gerhard Ertl, ganador del Premio Nobel de Química en 2007, fue el descubridor del funcionamiento de las pilas de combustible.
El Talón De Aquiles: Los obstáculos para las celdas de energía.
Es importante recordar que las celdas de energía no son baterías. Mientras que comparten similares características tales como la capacidad de cambiar energía química en energía eléctrica,  las celdas de energía requieren de combustible de hidrógeno para continuar funcionando. El oxígeno es fácil de encontrar, por razones obvias  (el que flota en el aire) y el hidrógeno (mientras que es el elemento más abundante del universo) se debe cultivar a partir otras moléculas. El hidrógeno libre es volátil y duro al  almacenar.
El hidrógeno se puede extraer de varios diversos combustibles:
• Las Obras clásicas: el gas natural, la gasolina, el gas diesel y el propano, todos contienen las cantidades masivas de hidrógeno que se pueden utilizar en una celda de energía.
• Gas Verde: los gases y los combustibles renovables también ofrecen hidrógeno, estos combustibles pueden ser etanol, metanol, gas del terraplén, bio-gas, y metano.
• Agua: es la molécula más abundante en la tierra. Con electrólisis, el oxígeno y el hidrógeno pueden ser separados y ponerlos conjuntamente al uso.
• Exótico: hay formas muy exóticas de extraer combustible de hidrógeno, éstas incluye cáscaras del cacahuete, algas, y el compuesto del boro hidruro de sodio (altamente corrosivo, tóxico, inflamable, y altamente agua-reactivo).
Actualmente, los costos del hidrógeno son cerca de $3.00 por galón. Pero antes de 2010, el departamento de transporte promete reducir el costo a un dólar. El costo del hidrógeno es dependiente sobre todo en el sistema de la entrega. El hidrógeno se puede bombear a través de líneas de pipa (esto se emplea ya en ajustes industriales). La mejor alternativa para aprovisionar de hidrógeno sería la colocación de estaciones de expendio que se accionarán por vía solar, viento, o energía hidroeléctrica y usar esa electricidad para separar el hidrógeno del agua usando electrólisis. Hay ya dos de estas estaciones que funcionan en California meridional.
Fuentes
Daimler Benz
Wikipedia
Diferentes páginas publicadas en Internet.
 

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