Motores de hidrógeno: cómo funcionan y por qué son clave para el futuro

Los motores de hidrógeno siguen siendo una de las apuestas más prometedoras para el futuro de la automoción sostenible. A pesar de algunos desafíos técnicos y logísticos, esta tecnología ha despertado un interés creciente en grandes marcas como Toyota, BMW, Mazda, Hyundai y Ford, que ya han invertido significativos recursos en el desarrollo de estos sistemas. Actualmente, distinguimos dos tipos principales de motores de hidrógeno en la industria: los motores de combustión interna de hidrógeno y los motores de pila de combustible.

En este artículo, te explicaremos el funcionamiento de motores de hidrógeno, sus principales características, las ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas, y cómo pueden impactar en el futuro del transporte.

Cómo funciona un motor de hidrógeno de combustión

El motor de hidrógeno de combustión interna funciona de manera muy similar a un motor de combustión tradicional de gasolina o diésel, pero con una diferencia significativa: utiliza hidrógeno como combustible en lugar de derivados del petróleo. En este caso, el hidrógeno se mezcla con oxígeno dentro de la cámara de combustión y se enciende mediante una chispa, exactamente igual que en un motor convencional. Este proceso libera energía que impulsa los pistones y genera movimiento mecánico.

Una de las principales ventajas de este tipo de motor es que, en lugar de producir dióxido de carbono (CO2), emite vapor de agua como subproducto. Sin embargo, debido a las altas temperaturas alcanzadas durante la combustión, se generan óxidos de nitrógeno (NOx), que siguen siendo contaminantes. Para mitigar este problema, algunas soluciones incluyen la inyección de agua en el sistema de admisión, una técnica que ha demostrado reducir significativamente la formación de NOx.

Sin embargo, los motores de hidrógeno de combustión también enfrentan desafíos relacionados con la densidad energética del hidrógeno, que es menor que la de otros combustibles líquidos. Esto significa que se necesita una mayor cantidad de hidrógeno para realizar el mismo trabajo que un motor de gasolina. Aunque pueden funcionar con combustibles alternativos como el GNC o el GLP, el almacenamiento sigue siendo un obstáculo, ya que el hidrógeno debe almacenarse a altísimas presiones, generalmente de 700 bar, lo que conlleva la utilización de tanques especializados muy costosos.

Ejemplos de motores de hidrógeno

Un ejemplo notable de un motor de hidrógeno es el del BMW 750hl, que fue uno de los primeros vehículos en utilizar hidrógeno líquido como combustible. Este modelo requería temperaturas extremadamente bajas (-253ºC) para almacenar hidrógeno de manera eficiente en tanques especiales. Aunque superado por nuevos diseños, representó un hito en el desarrollo de esta tecnología.

Otro caso es el motor Aquarius de hidrógeno, desarrollado por una empresa israelí. Este motor se destaca por no requerir aceite lubricante, lo que simplifica su mantenimiento. Además, su innovador sistema minimiza las emisiones de NOx, y debido a su ligereza y bajo costo, se presenta como una opción viable tanto para vehículos como para generadores de energía.

Cómo funciona un motor de hidrógeno de pila de combustible

En contraste con los motores de combustión, los motores de pila de combustible convierten el hidrógeno en electricidad a través de un proceso electroquímico llamado electrólisis inversa. Al combinarse el hidrógeno almacenado en tanques con oxígeno en una celda de combustible, se genera electricidad que alimenta un motor eléctrico, mientras que el único subproducto es agua pura.

Este proceso es mucho más eficiente que la combustión de hidrógeno, y, lo más importante, no emite contaminantes. Sin embargo, el alto coste de producción de las celdas de combustible es un obstáculo clave. En la actualidad, el platino se usa como catalizador en el proceso, pero algunos investigadores están buscando alternativas más asequibles, como las ferroaleaciones, para reducir el coste.

Un gran ejemplo de la tecnología de pila de combustible es el Toyota Mirai, que ha captado la atención por su rendimiento y su capacidad para recorrer hasta 650 km con una carga de hidrógeno. Este tipo de tecnología es ideal para vehículos que recorren largas distancias, como camiones o autobuses, debido a la mayor autonomía que ofrecen en comparación con los coches eléctricos convencionales.

Ventajas y desventajas del motor de hidrógeno

Los motores de hidrógeno, tanto de combustión como de pila de combustible, ofrecen una serie de ventajas y desafíos, que deben ser sopesados antes de su adopción generalizada:

• Ventajas:
• Los tiempos de repostaje de hidrógeno son significativamente más cortos (menos de 5 minutos) en comparación con la carga de las baterías eléctricas.
• Las emisiones son mucho menores o nulas, según el sistema utilizado.
• El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, lo que lo convierte en una opción sostenible a largo plazo.
• Los vehículos de hidrógeno pueden purificar el aire por el que circulan, como el Hyundai Nexo, que contribuye a la mejora ambiental urbana.

• Desventajas:
• El coste de producción de celdas de combustible y de la infraestructura de almacenamiento de hidrógeno sigue siendo elevado.
• La infraestructura de repostaje de hidrógeno es limitada, con pocas estaciones en la mayoría de los países.
• El proceso de producción de hidrógeno no siempre es limpio, especialmente si se deriva de fuentes no renovables.

Autonomía y seguridad en vehículos de hidrógeno

Los vehículos de hidrógeno se destacan por su autonomía, alcanzando cifras comparables a las de los coches de gasolina. Modelos como el Hyundai Nexo ofrecen hasta 666 km de autonomía, mientras que el Toyota Mirai supera los 650 km. Esto hace que los vehículos de hidrógeno sean altamente competitivos en términos de movilidad a larga distancia.

En cuanto a la seguridad, los tanques de hidrógeno han sido diseñados para soportar altísimas presiones y hasta disparos de bala, como lo asegura Toyota en su modelo Mirai. La infraestructura y los estándares de seguridad para vehículos de hidrógeno han avanzado mucho en los últimos años, resultando en vehículos que son tan seguros como sus equivalentes a gasolina o diésel.

El futuro del hidrógeno en la automoción sigue evolucionando. Con el avance de las tecnologías de combustión interna y celdas de combustible, junto con el desarrollo de infraestructuras más eficientes, es probable que veamos un aumento en la adopción de vehículos impulsados por hidrógeno.