• Descripción del combustible
• Requerimientos de infraestructura
• Consideraciones de costos
• Experiencias y penetración de mercado
• Desafíos

Cuando se usa como combustible en un motor de combustión interna, el hidrógeno se quema "más eficientemente que la gasolina, y crea menos polución del aire. El hidrógeno tiene una mayor velocidad de llama, más amplios límites de combustibilidad, mayor temperatura de detonación, se quema más caliente, y necesita menos energía que la ignición de la gasolina. Esto significa que el hidrógeno se quema más rápidamente, pero lleva el peligro de la preignición y el retroceso de la llama [flashback]" ( w1 ). El hidrógeno es el candidato principal a usarse en celdas de combustibles. Cuando se quema, el hidrógeno produce relativamente grandes cantidades de agua que puede ser perjudicial para los motores de combustión. En climas fríos, las nubes de vapor de agua generadas pueden causar problemas de visibilidad.

El gas de hidrógeno "tiene el más alto contenido de energía por unidad de peso que cualquier combustible conocido" ( w1 ), lo que lo hace, en principio, un transportador de energía ideal. El hidrógeno no se encuentra en grandes cantidades sobre la superficie de la tierra, en su forma gaseosa. Debido a su extremadamente bajo punto de ebullición, su almacenamiento es difícil, a menos que sea en la forma de gas comprimido.

Hay dos métodos principales para producir hidrógeno en producción industrial a gran escala ( w2 ) (ver también ( 1 )).

1. Fraccionar el agua en hidrógeno y oxígeno a través de la electrólisis.
2. Síntesis de producción de gas a partir de la reformación con vapor u oxidación parcial de combustibles que contengan hidrógeno.
   

Ambos métodos requieren grandes cantidades de energía. El gas de hidrógeno resultante se seca, se purifica, se comprime, y es enviado a almacenaje ( 1 ).

El hidrógeno también se puede producir al reformar la gasolina convencional y el combustible diesel.

El rendimiento ambiental total del hidrógeno como un combustible depende en gran medida de la fuente de energía primaria, es decir, si es que se usan combustibles fósiles o renovables. Además, el procesamiento adicional y los pasos de distribución determinan los impactos ambientales totales de la producción del hidrógeno ( 2 ).

La alta capacidad de inflamación del hidrógeno crea un riesgo de explosión en los espacios cerrados. Debido a que es más liviano que el aire, cualquier filtración de combustible se dispersa rápidamente sin empozamiento de vapores. No es tóxico, pero debido a que desplaza aire, cualquier liberación en un espacio cerrado podría causar afixia.

A temperaturas y presiones normales, el hidrógeno existe como un gas, haciendo más dificil el tema del transporte y almacenaje en comparación a los combustibles líquidos. Como con el gas natural, el hidrógeno normalmente es almacenado y comprimido como un gas (CH2) o un gas licuado (LH2).

Los componentes de un sistema de llenado de hidrógeno incluyen lo siguiente. ( 3 ):

• Una infraestructura química para producir hidrógeno
  
• Un módulo de procesamiento de hidrógeno y - en el caso de CH2 - un compresor de hidrógeno
  
• Estanques de almacenamiento de hidrógeno
  
• Tecnología de llenado
  

De acuerdo con ( w1 ), "los vehículos motorizados y las calderas pueden fácilmente ser convertidos al uso de hidrógeno como combustible". Sin embargo, esta puede ser una sobre-simplificación grosera. Aún así, el uso del hidrógeno como combustible necesita la creación de una nueva infraestructura de almacenamiento y distribución de éste, además de adecuados sistemas de almacenamiento a bordo ( w1 ).

Según ( 4 ), "grandes avances en la tecnología de almacenaje tendrían los mayores impactos en acelerar la aceptación y comercialización de los vehículos de celdas de combustibles". "El almacenamiento de hidrógeno está límitado por el peso y volumen del contenedor. Dependiendo de si el hidrógeno es almacenado como líquido o como gas, requiere seis a ocho o seis a diez veces más espacio de almacenamiento que la gasolina, respectivamente" ( w2 ). Los sistemas de almacenados que se están desarrollando incluyen hidrógeno comprimido, hidrógeno líquido, y un enlace químico entre el hidrógeno y un material de almacenameinto (por ejemplo, híbridos metálicos).

Se puede pronosticar que los aspectos de la seguridad van a tener que ser considerados cuando se hable de la infraestructura del llenado de combustible con hidrógeno. El hidrógeno es liviano y es un gas altamente inflamable, por lo mismo, similitudes respecto de esto surgen con el gas natural .

Las emisiones que se deben vigilar de los motores de combustión son las de NOX, y en climas fríos, de vapor de agua. Las emisiones de particulado pueden ser producidas desde el aceite del motor, mas debieran ser muy bajas. Las emisiones de compuestos tóxicos y otros hidrocarburos sólo vendrán de aceite de motor usado.

De acuerdo con ( w1 ), "actualmente, la forma más rentable de producir hidrógeno es la reformación de vapor. Según el Department of Energy de los EE UU, en 1995 el costo fue de US$ 7,00 por gigajoule (GJ) en grandes plantas de producción. Esto supone un costo para el gas natural de US$ 2,30 por gigajoule. La producción de hidrógeno por electrólisis usando costos de hidroelectricidad en tarifas de período bajo entre US$ 10,00 a US$ 20,00 por gigajoule."
Estimaciones para los precios de bombas (de combustible) en 1998 en Alemania (excluyendo los impuestos) ( 5 ) eran:

Según ( 1 ), el costo de desarrollar una distribución por gasoducto para el gas de hidrógeno "podría ser enorme". Para evitar este gasto, algunos investigadores han propuesto una producción descentralizada de hidrógeno en las estaciones de combustibles ( 1 ). En una evaluación de costos de infraestructura de diferentes sistemas de llenados de hidrógeno para los vehículos a celdas de combustibles se estimó que "mantener la infraestructura a gas natural existente y producir e instalar reformadores de metano de vapor a pequeña escala para producir hidrógeno en las estaciones de combustibles locales requiere inversiones capitales anuales de entre US$ 600 a US$ 800 para cada nuevo vehículo a celda de combustible de hidrógeno directa vendido" ( 6 ).

Ver ( 6 ) y ( 7 ) para las evaluaciones de costos de los sistemas de llenado de hidrógeno y de almacenamiento y transporte, respectivamente.

El uso del hidrógeno como un combustible vehícular esta aún en la etapa de investigación y de desarrollo. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de automóviles ahora han desarrollado autos de prototipo o de demostración propulsados a hidrógeno, basados en motores de combustión interna, además de celdas de combustible. En ( w3 ), una serie de automóviles propulsados a hidrógeno están en lista, además de estaciones de combustible que han sido instaladas alrededor del mundo en conexión con varios proyectos. Comparado a otros combustibles alternativos, los vehículos propulsados a hidrógeno probablemente estén más lejos de ser comercializados ( w2 ). La mayoría de los fabricantes han derivado su atención de los motores de combustión interna propulsados a hidrógeno hacia los vehículos propulsados a celdas de combustible con hidrógeno. Los buses con celdas de combustible y los automóviles con celdas de combustible actualmente existen sólo como prototipos. Una flota de pequeña escala está siendo probada en varias ciudades europeas como un proyecto en conjunto, comenzando en 2003/4.

En cuanto a la producción potencial de hidrógeno en Latinoamérica, "en Brasil, el 92% de la generación de electricidad viene de las hidroeléctricas. Hay suficiente excedente de energía eléctrica de noche en la Región Metropolitana de Sao Paulo (SPMR) para abastecer con combustible a 12.000 buses. Ya hay experiencias sustanciales de llenado con combustibles gaseosos de alta presión, a través de la flota de más de 300 buses GNC (gas natural comprimido) que operan diariamente en la SPMR" ( w1 ). Sin embargo, está mayoritariamente aceptado que la tecnología con celda de combustible que usa hidrógeno está a muchos años de su comercialización.

El hidrógeno es un transportador de energía atractivo sólo si es generado usando recursos renovables, y, de este modo, no lleva a emisiones significativas de CO2 fósiles. Podría ser, por ejemplo, una opción interesante almacenar y distribuir la electricidad de estaciones de energía eólicas, hidráulicas, o solares en la forma de hidrógeno a través de electrólisis. Cuando es usado hidrógeno producido por la reformación con vapor del gas natural , aproximadamente 10% más de CO2 se emite por unidad de energía comparado a la gasolina, mientras se generan mayores costos ( 2 ).

Para usar el hidrógeno en una mayor escala, los investigadores deben desarrollar formas más prácticas y económicas de almacenarlo y procesarlo ( w1 ). Varios expertos en celdas de combustible entrevistados en ( 4 ) están de acuerdo en que la tecnología de almacenamiento de hidrógeno debería ser foco de mayor investigación y de actividades de desarrollo en el futuro. Los avances significativos en la tecnología de almacenamiento tendrían un gran impacto en acelerar la aceptación y comercialización de los vehículos de celdas de combustibles.

Además, se necesita de un arduo trabajo de confección de códigos y estándares relacionados al transporte y almacenamiento de hidrógeno en el futuro próximo, antes de que pueda haber alguna participación significativa de los vehículos a hidrógeno en el mercado ( 4 ).

Hasta el momento, los altos costos de producción y la baja densidad han hecho imposible el uso del hidrógeno como un combustible de transporte en todos los programas, excepto en aquellos de prueba ( w4 ). Según el Alternative Fuels Data Center (AFDC) ( w4 ), "puede que falten 20 ó 30 años o más antes de que el hidrógeno sea un combustible de transporte viable, y quizá, solamente entonces, en los vehículos propulsados a celdas de combustible."

Ver, también, en la sección de Bus a celdas de combustible, los desafíos respecto del uso de celdas de combustible potenciadas con hidrógeno.