29/1/10

Energía para el transporte: el romanticismo del Hidrógeno

Uno de los grandes problemas para conseguir una eventual sustitución de los combustibles fósiles (o al menos una significativa reducción de su uso) por otras fuentes de energía que emitan menos gases de efecto invernadero (GHG), es el TRANSPORTE (el otro gran problema sería el uso del carbón y del gas tanto para la generación eléctrica como para calentarnos cuando hace frío).

¿Por qué el del transporte es un gran problema? Por dos motivos:

 • El 34% de la energía primaria que se produce en el mundo es petróleo. La mitad de él se dedica al transporte (Fuente: 2008 Key World Energy Statistics. IEA)

 • A diferencia de la generación de calor y, sobre todo, de la generación de electricidad, que tienen posibles sustitutos, para el transporte no existen hoy por hoy sustitutos económicamente viables a gran escala, ni siquiera a mediana… (bueno, vale… ni siquiera a pequeña).

 Ahora que parece que muchos gobiernos están dando nuevos impulsos al vehículo eléctrico, conviene recordar que la electricidad que lo impulsa puede ser generada de dos formas:

 • Baterías recargables (que a su vez toman de la red una electricidad que habrá que generar con el adecuado mix de fuentes…)

 • Pila de combustible (o pila de hidrógeno), que no necesita ser recargada.

 A su vez, el hidrógeno (H2) podría utilizarse directamente como carburante, quemándose en el motor, aunque este medio de utilizarlo no es muy inteligente (estoy oxidando una cosa que ya estaba oxidada en su origen y en la que me gasté ingentes cantidades de energía en desoxidar…) y no creo que nadie lo proponga en serio.

 Hablemos un poco del hidrógeno, que tuvo una época dorada hace unos años (sobre todo entre los gurús del “cambio de paradigma energético” y los medios de comunicación) y anda ahora un poco de capa caída. Os enlazo un artículo en Project Syndicate de Peter Hoffman, que es uno de estos gurús del hidrógeno.

 El artículo es muy interesante y lo voy a comentar, porque lo considero un ejemplo paradigmático de cómo se puede, sin decir grandes falsedades, manipular al lector para hacerle creer que la situación es de una determinada manera (en este caso positiva para el futuro desarrollo de las Pilas de H2) y no como realmente es.

 Hoffman afirma…

 • “Al igual que el gas natural, el hidrógeno se puede utilizar como un combustible para autos haciéndole modificaciones al motor”

 Lo dice así, sin más, como si fuera algo que se pudiera hacer de la noche a la mañana. La verdad es que, a diferencia del gas natural, cuya tecnología de GNC (la C es de “comprimido”) está más que probada y es usada desde hace tiempo en países como Argentina o India, las modificaciones que hay que hacerle al motor, y no sólo al motor, para almacenar y quemar hidrógeno distan mucho de ser irrelevantes, por motivos que entenderéis después de leer esta entrada. Pero sobre todo, y como dije antes, quemar H2 en un motor es lo más estúpido que se puede hacer con él salvo que sea en un cohete espacial.

 Sigamos…

 • “los fabricantes piensan que las celdas de combustible son la mejor fuente de energía para el transporte, la más eficiente, silenciosa y limpia”

 No parece que los planes a medio plazo de los principales fabricantes respalden esta idea, ya que parece que apuestan más por las baterías recargables.

 Pero la afirmación más falaz es la de que la celda de combustible es la fuente de energía más eficiente para impulsar un vehículo. La celda en sí es más eficiente que un motor de combustión interna porque convierte energía química en eléctrica directamente, sin las limitaciones del Ciclo de Carnot. Pero resulta que el H2 no es una fuente de energía primaria, y por lo tanto hay que producirlo… y la producción de hidrógeno es un proceso carísimo… en el que además se consume mucha energía.

 Como ejemplo, por Madrid hace tiempo que circulan varios prototipos de autobuses de la EMT que emplean H2 (Proyecto CUTE)… pues resulta que los autobuses requieren entre un 80% y un 200% más energía que su hermanito con motor diesel (Fuente: http://www.withoutthehotair.com/. David JC MacKay)

 Avancemos un poco más…

 • “Hoy, este tipo de vehículos están hechos a mano y son costosos -por lo general, cuestan aproximadamente un millón de dólares cada uno […] Pero los costos bajarán una vez que se implemente una producción en serie: Toyota […] espera que los costos de las celdas de combustible, el corazón de la transmisión, se reduzcan hasta el 90%.”

 Caramba… aún aceptando los optimistas planes de Toyota, ¿vosotros pagaríais $100.000 por un coche que además arrastra otro tipo de problemillas?

 Atentos ahora, que ésta es de traca:

 • “un kilogramo de hidrógeno tiene más o menos el mismo contenido de energía que un galón de gasolina. Como las celdas de combustible son casi el doble de eficientes que los motores de combustión interna, el costo efectivo por unidad de distancia sería aproximadamente la mitad de eso.”

 Esto sí que me cabrea: un intento deliberado de confundir al común de los lectores aprovechando su ignorancia o su distracción. Resulta que un galón de gasolina (aprox. 4 litros) lo transportas cómodamente en un pequeño bidón de plástico. ¿Alguien se ha parado a pensar lo que supone transportar “1 kg de H2”????

 Resulta que el H2 es el gas más ligero que existe: su densidad es bajísima. Tanto es así, que almacenarlo en cantidad suficiente sólo nos deja dos opciones, ambas muy costosas y con “efectos secundarios”:

 • Comprimirlo.- Incluso comprimido a la nada despreciable cifra de 700 bar, la energía por unidad de volumen del H2 es sólo un 22% de la de la gasolina. Este sí es un dato relevante para poder comparar, y no el que da Hoffman.

 • Licuarlo.- Nada, una bagatela: para ello sólo tenemos que lograr enfriarlo, y mantenerlo… ¡a -253ºC!!!

 … o lo que se hace en realidad, que es una combinación de ambas, sobre todo la compresión.

 Volvamos al ejemplo de los autobuses de H2 de Madrid, que han sido un éxito mediático y también entre los conductores (son cómodos de conducir) y los viajeros (son muy silenciosos). Lo que el público no sabe y los medios no se ocupan es de la opinión del consorcio de empresas que participó en el piloto (Air Liquide, Repsol y Gas Natural).

 Yo os las resumo (de un informe de una de las compañías):

 “Durante todo el tiempo que estuvo en operación la planta de producción de H2 sólo se logró aproximadamente el 10% de la producción estimada inicialmente. Las numerosas averías de múltiples componentes, errores de diseño, así como la constante necesidad de revisar el sistema de control dejó en evidencia que aún quedaba mucho camino por recorrer en el desarrollo de esta tecnología.”

 “los costes de mantenimiento de las pilas de combustible así como la escasa autonomía de los autobuses, son clara evidencia de que también en este ámbito hay que evolucionar más.”

 Para finalizar con el repaso al escrito de Hoffman, el último párrafo:

 • “La revolución del hidrógeno ya comenzó, pero con un fusible de combustión lenta. El hidrógeno no es la única arma en la lucha contra el calentamiento global, pero es un elemento esencial -en el sentido más realista del término”

 En mi modesta opinión, y por el conjunto de motivos expuestos, si hay un elemento que precisamente no es “esencial” en la lucha contra el calentamiento global, ése es el hidrógeno.

 ¿Cuáles son mis principales objeciones al hidrógeno? ¿Por qué creo que dista mucho de ser “la revolución que ya comenzó”?:

 La tecnología del hidrógeno tiene importantes desafíos que están muy lejos, lejísimos, de tener una respuesta adecuada: 
  • El almacenamiento del propio H2 en cantidades suficientes, debido a su extrema volatilidad y bajo contenido en energía por unidad de volumen.
  • El desarrollo de las pilas de combustible, que enfrentan sus propios desafíos: durabilidad, coste, densidad energética y arranque en frío.
  • El desarrollo de una infraestructura de suministro.
  • Fuentes de producción de H2 económicas: hasta 2020-2030, se estima que las más económicas serán las que se usan ahora en la industria, que son el Reformado de gas natural y la Gasificación de carbón… todas ellas son emisoras de CO2, por lo que no resuelven el problema que queríamos resolver.
  • Su desarrollo está fuertemente condicionado al desarrollo de las baterías enchufables: si en éstas, que también son caras de momento y con poca autonomía, se logran avances que parecen mucho más próximos que en las pilas de H2, ésta última tecnología se caerá.

 Esos sueños románticos…

 Apostar por el hidrógeno responde al viejo sueño de utilizar el agua, tan abundante y barata, como combustible: ¿quién no ha soñado, desde Julio Verne, con algo así?. Pero resulta que el agua ya está quemada, por lo que quemarla otra vez se me antoja como una mala idea…

 El hidrógeno no es una fuente de energía, es sólo una manera de transportarla, y como medio para transportar energía, es ineficiente y con una infinidad de problemas prácticos. El vehículo de hidrógeno consume muchísima energía, y requeriría por lo tanto de la disponibilidad de grandes cantidades de energía limpia, que en sí mismo es otro desafío que tenemos que afrontar de forma independiente.

 Como dice MacKay, ¡necesitamos soluciones que consuman MENOS energía, y no que consuman MÁS!!

 De este tipo de sueños románticos tenemos otros ejemplos:

 • Vivir de la energía del Sol: el problema es que tendríamos que cubrir el mundo de paneles solares y cultivos energéticos… no quedaría sitio para casi nada más.

 • Crear una estrella dentro de un recipiente (algunos lo llaman “fusión nuclear”): el problema es que llevamos décadas buscando el recipiente…

 No seré yo quien se niegue a que estos sueños se sigan intentando. Incluso creo que el vehículo de hidrógeno puede cubrir algún nicho (transporte en grandes distancias, almacenamiento temporal de energía…). Pero desgraciadamente nuestro problema energético y ambiental es más acuciante: ahora es el momento de no dispersar esfuerzos en sueños lejanos, y concentrar la materia gris y los dineros en lograr soluciones que aporten desde YA.

7 comentarios:

fcasarra dijo...

Muy bien expuesto.

Solo señalar que si hay algunas alternativas (no se si pequeñas o mas bien medianas) a los combustibles fósiles en el transporte: los trenes eléctricos y sus derivados, AVE, tranvia, Metro, etc. No cubren todos los usos pero si son alternativa.

Quizás en un futuro, por pura necesidad de supervivencia, tenemos que convertir todas las carreteras en "Scalextric" gigantes ...

Ender dijo...

Joder, cada vez sois más rápidos comentando, je je...

Eso me encanta.

Efectivamente, esperaba que alguien me hablara de los trenes. La razón por la que no los considero es porque los trenes que no consumen combustibles fósiles "ya están", ya son un hecho, por lo que no tenemos que preocuparnos de sustituirlos. Lo que me interesaba analizar es cómo sustituir lo que no tiene fácil sustitución: el transporte por carretera (y también el barco y el avión)

Si lo que sugieres es que deberíamos incrementar el uso de los trenes (urbanos o no urbanos), para lo cual hay que mejorar aún más su infraestructura... TOTALMENTE DE ACUERDO. En mi opinión, sobre todo en lo que se refiere al transporte de mercancías.

Un saludo.

fcasarra dijo...

Es lo que tiene el RSS, que se chivan muy rápido.

De todas formas creo que los trenes tienen mucho recorrido. Su principal desventaja es la menor flexibilidad de horarios y destinos que los coches, pero imagina que se hicieran trenes "ferry" donde pudieras subir con tu coche/camión, te desplazaran rapidamente la mayor parte del trayecto y luego continuas hasta el destino con él. Cambias consumo de combustible por el de electricidad en gran parte del trayecto, con algun pequeño sacrificio en el horario (que seguramente se compensa por la rapidez del tren). Para ello se necesitaría una red más densa de ferrocarril y un sistema para subir y bajar los vehiculos de forma rápida y eficiente.

Por otro lado ya están casi disponibles coches con baterías con posibilidades de cubrir algunos usos del automóvil.

El tema del hidrógeno, la única posible ventaja que podría tener es el del almacenamiento en grandes cantidades. Uno de los paises mas interesados en la tecnología del hidrógeno es Islandia ya que ellos tienen mucha energía geotérmica a coste 0. Con ella pueden producir electricidad pero al estar tan alejados de todas partes no la pueden exportar. Si pudieran producir hidrógeno y exportarlo les supondría un gran ingreso económico.

Demo dijo...

Lo primero, felicitarte por la entrada. Creo que más claro no se puede dejar.

Hoy por hoy, creo que la apuesta a corto plazo es clara: híbridos. Pero un mira los consumos de un Toyota Prius o un Honda Insight y tampoco son como para tirar cohetes. De todas formas, tienen recorrido para mejorar.

El coche totalmente eléctrico exigiría un cambio tecnológico y de infraestructuras importante. Baterías de mayor autonomía y seguras, una red de áreas de servicio donde cambiar la bateria del coche por una cargada, así como puntos de carga en la via pública. La tecnología no ha llegado aún a cubrir estas necesidades, pero creo que só lo habrá conseguido en el medio plazo. Otra cosa serían los cambios en la infraestructura de recarga, que serían caros y complejos.

De todas formas, hay un elemento que la administración no ha primado suficientemente, y es el ahorro energético. Pequeños cambios (mejor tras la crisis) que pueden permitir un menor consumo y por tanto una transición menos apresurada y/o crítica serían:

a) Mayor gravamen fiscal, tanto a la hora de matricular como por medio de los impuestos municipales de circulación, a los vehículos de elevado consumo. (p. ej. de más de 8 l. de consumo medio homologado, y creciente a partir de ahí)

b) Subida de impuestos a los hidrocarburos, con excepciones como los transportistas.

c) Tasa de entrada a las áreas más congestionadas de las ciudades, que podría ser reducida o gratuita para vehículos de muy bajo consumo (menos de 5 l. de consumo medio homologado, por ejemplo)

¿Qué objetivo tendrían estas medidas? Que la compra del consumidor medio se inclinara por vehículos de bajo consumo y que éste ralizara una conducción eficiente (una conducción eficiente supone entre un 10% y un 30% de ahorro de combustible)

Kantor dijo...

¿Y todo este lio del hidrógeno a que viene? ¿No es mas sencillo utilizar gas natural como combustible de automoción?

Demo dijo...

El tema del hidrógeno vino a cuento a que mediante pilas de combustible se superaban algunos problemas, como la dependencia del petróleo y las emisiones contaminantes (expulsaría agua como residuo). Eso hizo que unos cuantos gurús pensaran que era la panacea.

El problema es que fracasa totalmente, como comenta Ender, en una función esencial para el transporte, la de acumulador.

Una casa, una fábrica, un tren... todos gastan la energía directamente, no la acumulan para ir utilizándola poco a poco. Un vehículo privado en cambio no puede funcionar conectado a la red, necesita un acumulador. Un depósito de gasolina es un acumulador de energía, como lo es una batería para un motor eléctrico, como lo sería un depósito de gas natural, etc.

El hidrógeno sufre diversos problemas como acumulador de energía que ya ha tratado Ender. En esencia convertirlo en acumulador es caro, peligroso y tiene un coste energético elevado : hay que separarlo del agua o de hidrocarburos, encerrarlo en un depósito, comprimirlo y enfriarlo.

Los hidrocarburos son ineficientes como acumulador cuando se utiliza el motor de explosión. De la energía que acumula el combustible, se utiliza menos de un 20% en mover el coche. El resto se pierde en forma de calor. A cambio tienes el acumulador hecho. Los hidrocarburos están ahí, sólo hay que extraerlos. Con el hidrógeno la cosa cambia, convertirlo en acumulador es mucho más caro, en energía y en otros factores.

En este sentido, lo más eficientes serían las baterías... si fueran más pequeñas. Un motor eléctrico es muchísimo más eficiente que un cuatro tiempos y no depende de fuentes tan limitadas como los hidrocarburos (sólo es cosa de construir nucleares). El problema es que las baterías no acumulan la suficiente energía como para que un motor eléctrico pueda utilizarla durante los kilómetros que ofrece un tanque de hidrocarburos tradicional. Y encima, tardan en cargarse.

El gas natural no es la solución. Es un hidrocarburo más, y por tanto está sujeto a su agotamiento y encima emite contaminantes. Sí podría servir de puente hasta que se hubiesen desarrollado tecnologías más limpias y eficientes.

Todo esto lo digo con tristeza de motorista, que va a ver desaparecer el motor de cuatro tiempos y acabará conduciendo aburridísimas motos eléctricas con sonido a nada y olor a nada.

Ender dijo...

Hola, Kantor.

Desde luego, usar gas natural es más sencillo. Pero la pregunta es, ¿cuál es el objetivo?

Si el objetivo es el coste del carburante (que fue el origen del desarrollo de vehículos a gas natural), no está tan claro que el cambio merezca la pena: a no ser que subvenciones el uso del GNC, no compensará la compra de uno de estos vehículos frente a un diesel o un gasolina.

Si el objetivo es reducir las emisiones contaminantes "clásicas": ahí sí que no hay duda: la combustión de gas natural es mucho más limpia, emite muchísimo menos CO y NOx, apenas partículas, etc.

Pero, ¿y si el objetivo es reducir significativamente, esto es, RADICALMENTE, las emisiones de CO2? Ahí sí que el GNC no es la solución, pues "sólo" las reduce un 25% frente al diesel/gasolina.