En ediciones anteriores hemos analizado el desempeño y penetración que tienen los vehículos impulsados por electricidad en el mundo. Año con año ganan terreno a los equipados con motores de combustión gracias a los incentivos otorgados por los gobiernos de naciones como China, Estados Unidos y la Unión Europea. 

Sin olvidarnos de todos los factores que giran alrededor de esta alternativa de  movilidad como infraestructura de carga, costo de adquisición o autonomía, uno de los más importantes es el desarrollo de las celdas de combustible, campo en el que existen áreas de investigación muy redituables en términos no solo económicos sino principalmente ecológicos. 

Pila o batería

Antes de seguir es pertinente aclarar que los vehículos eléctricos pueden utilizar baterías recargables (electricidad), o pilas de combustible (alimentadas por hidrógeno), que luego de una reacción, producen electricidad. De las últimas actualmente se llevan a cabo experimentos con el fin de reducir su impacto en el medio ambiente. Para conocer a fondo estos trabajos entrevisté a la Dra. Claudia Cortés Escobedo, Profesora -  Investigadora del Centro de Investigación e Innovación Tecnológica (CIITEC) de los programas de posgrado en tecnología avanzada, en el Instituto Politécnico Nacional (IPN). 

Y así hay electricidad   

A manera de introducción, la investigadora explicó el funcionamiento de una pila de combustible: “Se alimentan de hidrógeno, que entra por el lado del ánodo mismo que interactúa en una capa difusora de gas y se distribuye hasta llegar hasta el catalizador donde ocurre la reacción de obtención de agua. Esta reacción genera un poco de calor y electricidad. Al cerrarse el circuito, se genera el movimiento de electrones para que del otro lado se forme agua únicamente como subproducto. La electricidad impulsa al motor eléctrico que a su vez transfiere ese movimiento a las ruedas.”

Es así que el equipo dirigido por la especialista avanza en dos líneas de generación de conocimiento. La primera es la preparación de materiales para membranas y catalizadores en celdas de combustible. La segunda es el análisis de ciclo de vida de sistemas de enriquecimiento de combustibles

Catalizadores 

“El problema a resolver es que las baterías que utilizan hidrógeno para producir electricidad, requieren de materiales que son difíciles de conseguir porque tienen poca abundancia en la tierra. En el laboratorio estamos desarrollando materiales para membranas y catalizadores de este tipo de celdas de combustible.” Agregó que el  costo de extracción de los materiales utilizados en los catalizadores es muy alto además de dañino al medio ambiente. Algunos de estos nocivos elementos son el rutenio, platino o paladio, considerados como los que más se usan en las celdas de combustible. 

Innovación urgente

Por lo que se refiere a las membranas, la Dra. Cortés enfatiza la necesidad de encontrar alternativas en su fabricación para reducir su costo de producción. “Otro problema son las membranas que se utilizan porque son polímeros que están hechos a base de Nansion, que contiene flúor; es un producto patentado y del que actualmente no hay un material que pueda sustituirlo y que sea igual de eficiente. Es un problema la monopolización. La necesidad de investigar en el campo de las membranas es que aún requieren de plásticos que generan residuos que regularmente terminan en el mar, lo que significa un gran problema de contaminación. Parte del trabajo que desarrollamos en el laboratorio es desarrollar membranas que sean biodegradables y cuya degradación resista el ciclo de vida de la celda de combustible así como del vehículo”.   

Dra. Claudia Cortés Escobedo, Profesora -  Investigadora del IPN

Sistemas magnéticos 

A pesar de que ya existen avances en este sentido, la especialista expuso parte del trabajo que realiza en conjunto con algunos alumnos de posgrado de la institución politécnica: “ El principio es a partir de que la electricidad y el magnetismo están relacionados, la hipótesis es que se pude hacer más eficiente esta reacción de evolución del hidrógeno y de la reducción del oxígeno, si se aplica un campo magnético a un material magnético que funcione en conjunto con el catalizador. El objetivo es alcanzar un 80% de la eficiencia de la reacción que se tiene con los catalizadores que se sabe que funcionan (platino, paladio y rutenio), en el proceso de la evolución del hidrógeno y la reducción del oxígeno, utilizando estos materiales alternativos cómo mezclas, por ejemplo, platino con hexaferrita de estroncio, y ver cómo funcionan trabajando con un campo magnético.”.

Considera que en caso de lograr resultados positivos, uno de los principales beneficios sería la reducción de los costos producción y ecológicos porque se requeriría una menor cantidad de metales preciosos. Además en México hay muchos minerales magnéticos que se pueden recuperar. 

Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid Brennstoffzellen-Bussen: FuelCELL-Hybrid Busse von Daimler Buses bei der Einweihung der Wasserstofftankstelle des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Mercedes-Benz Citaro FuelCELL Hybrid fuel-cell buses: FuelCELL Hybrid buses of Daimler Buses while the inauguration of the hydrogen filling station at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT).-Veröffentlichungsdatum: 11.06.2013Publishdate: 2013/06/11

Oxihidrógeno

Gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, uno de los mayores impulsores del calentamiento global, podrían reducirse casi por completo con la utilización de este aditivo. La profesora explica sus grandes beneficios: “la combustión de la gasolina mejorada con el oxihidrógeno tiene como resultado la emisión de los mismos remanentes pero en menor concentración, lo que quiere decir que se reducirían las emisiones. 

Además, entre más simple sea la reacción o los compuestos con los que se hace la combustión, la eficiencia será mayor. Entonces hablamos de obtener un hidrocarburo lo más simple con respecto a las gasolinas o el diésel, que tienen mucho más carbonos en su cadena que hacen menos eficiente la combustión. Si utilizamos el hidrógeno con el oxígeno (oxihidrógeno), entonces el nivel de eficiencia es mucho mayor porque no existe carbón por lo que la reacción es más directa. Por eso a este proceso se le llama Descarbonización. A todo lo anterior hay que agregar que el rendimiento de combustible crecería pues se podrían recorrer más kilómetros por litro”. 

El proceso de combustión a partir del oxihidrógeno requiere la adición de un reactor a la estructura del motor de combustión. En este reactor se llevaría a cabo el proceso inverso de las celdas de combustible, es decir, se alimenta con agua y electricidad lo que genera la mezcla de hidrógeno con oxígeno, misma que iría directo a mezclarse en las proporciones adecuadas con la gasolina o con el diésel. Para ello es importante utilizar agua ionizada, ya que es más pura y no contiene sales e iones. El resultado de la reacción de combustión  de oxihidrógeno es otra vez agua en forma de vapor, que evidentemente no es contaminante eliminando así el dañino CO2. 

“El oxihidrógeno es compatible con motores a diésel, en nuestra investigación trabajamos con un motor de motocicleta a diésel. No es recomendable  el uso de este tipo combustible pero en esta transición y para disminuir las emisiones que se genera por el uso del diésel, es en donde radica la importancia del enriquecimiento con oxihidrógeno.”, finalizó.  

marcos.martinez@eleconomista.mx