Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Autobuses hidrogenados

Tras la firma del compromiso de Kyoto, Europa se ha fijado el compromiso de duplicar su proporción de energías renovables en unos diez años. Dentro de este marco, hace unos días se celebraba en Madrid el Congreso Mundial de la Unión Internacional de los Transportes Públicos con cuyo motivo DaimlerChrysler hacía entrega al alcalde de la ciudad del primer autobús urbano Mercedes-Benz Citaro, propulsado por energía eléctrica generada en el propio vehículo por pilas de combustible que usan hidrógeno como fuente de energía.

Es el primero de los tres autobuses de este tipo que contará Madrid, a los que se sumarán, antes de finales de año, 27 autobuses más en otras 9 grandes ciudades europeas: Ámsterdam, Barcelona, Hamburgo, Londres, Luxemburgo, Oporto, Reykiavik, Estocolmo y Stuttgart. Todo ello encuadrado en dos grandes programas europeos auspiciados y financiados por la Comisión Europea, el CUTE (Clean Urban Transport for Europe) y el ECTOS (Ecological City Transport System). Con motivo de esta importante y ecológica noticia comentaremos algunos aspectos relativos a la producción de hidrógeno y a las pilas de combustible de hidrógeno.

CÍTARO. El autobús ecológico Citaro, de doce metros de longitud, tiene una autonomía aproximada de 200 kilómetros y una capacidad de transporte de unos 70 pasajeros, siendo el sucesor del NEBUS (New Electric Bus), un prototipo desarrollado hace unos años, basado en el autobús urbano Mercedes-Benz O 405. Con la puesta en marcha del Citaro se considera que la tecnología de pilas de combustible finaliza la fase previa de investigación y comienza la de las aplicaciones. En el Citaro la unidad de pilas de combustible cuenta con una potencia de salida de más de 200 Kw., y tanto ellas como las bombonas con el hidrógeno comprimido a 350 bares, van instaladas en el techo. Ello permite a su motor eléctrico desarrollar velocidades de hasta 80 Km. /h.

Cada ciudad en la que se disponga de estos autobuses no contaminantes de hidrógeno podrá ensayar la variante de generación de hidrógeno que prefiera, recurriendo a la energía solar, hidráulica o geotérmica, o a la transformación del vapor procedente del gas natural. Para las necesarias inversiones se contará con la ayuda de la Unión Europea, canalizados a los proyectos CUTE y ECTOS antes citados.

Madrid ya participaba en la iniciativa europea, CITY CELL, liderada por IVECO, mediante la cual el pasado mes de marzo la Empresa Municipal de Transportes (EMT) dispuso de un primer autobús propulsado por hidrógeno, pero la diferencia es que mientras en los proyectos CUTE y ECTOS la totalidad de la energía necesaria para el vehículo es suministrada por la pila de combustible, en el CITY CELL, la pila proporciona sólo un tercio (los dos tercios restantes se obtienen por una batería de acumuladores).

PILAS. Las pilas de combustible de hidrógeno, de funcionamiento parecido al de las baterías, se diferencian de éstas en que no agotan los componentes electroquímicos productores de la corriente eléctrica ni tampoco han de recargarse. Lo que se consume es hidrógeno y oxígeno (presente en el aire) y lo que producen es agua y electricidad. Físicamente son parecidas a las baterías, es decir, están constituidas por dos electrodos, separados por un electrolito. En el ánodo los átomos del hidrógeno suministrado, por ionización, pierden electrones y se convierten en protones que se transportan por el interior de la pila, en el electrolito, hasta el cátodo. En el cátodo, los átomos de oxígeno, por ionización, captan electrones y se convierten en aniones de oxígeno. La unión de dos protones y de un anión de oxígeno produce una molécula de agua. El viaje de los electrones originados en el ánodo y consumidos en el cátodo, realizado a lo largo de un cable conductor, es el origen de la corriente eléctrica generada.

Como combustible se puede usar no sólo hidrógeno sino diversas sustancias que lo contengan. Respecto a los electrolitos las variantes son múltiples por lo que se puede hablar de variados tipos de pilas de combustible de hidrógeno, siendo las principales las de ácido fosfórico, carbonato fundido, membranas de polímeros sólidos, óxidos sólidos con electrodos cerámicos, metanol, alcalinas, etcétera.

Los problemas científicos e ingenieriles para la consecución de las pilas de combustible de hidrógeno son múltiples y tanto en Estados Unidos, Japón como Europa se están investigando activa e industrialmente numerosas variantes, siendo lo más importante el que ya se esté iniciando la comercialización de las consecuciones más pioneras.

HIDRÓGENO. ¿De dónde procede el combustible, el hidrógeno?. Existen bastantes posibilidades: obtenerlo de otros compuestos hidrogenados como el biometanol, para evitar los peligros de su almacenado y transporte en vasijas a presión; usar como fuente energética final la fusión nuclear, tal como recientemente exponíamos en estas páginas al referirnos al proyecto internacional ITER; o, como comentaremos a continuación, producirlo biológicamente.

Respecto a la producción biológica del hidrógeno se están realizando investigaciones que están obteniendo resultados muy espectaculares y esperanzadores. Buen ejemplo de ello es el biorreactor construido por la investigadora Suellen Van Ooteghem en el National Energy Technology Laboratory de Morgantown, EE.UU. El biorreactor contiene unas bacterias muy peculiares de la cepa Thermotoga neapolitana. Se desconoce todavía cuáles son sus mecanismos bioquímicos de producción de hidrógeno, pero lo cierto es que son bacterias extremófilas cuya mayor eficacia se obtiene a la alta temperatura de 75 ºC, por lo que no es necesario esterilizar nada ya que las altas temperaturas matan al resto de microorganismos. Además, esas bacterias no necesitan azúcares como nutriente inicial y origen del hidrógeno, sino urea, un subproducto muy barato de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Más sorprendente es que el proceso de producción del hidrógeno no es una fermentación, es decir, no necesitan condiciones anaerobias, sino que lo pueden realizar en presencia de oxígeno. Y el rendimiento obtenido es casi increíble: en un biorreactor continuo de 14 litros la Dra. Van Oothegen dice haber obtenido una producción de hasta 8 litros por hora de hidrógeno, con una pureza del 80%. Por tanto, parece que será muy factible el escalado industrial del proceso.

Estos resultados aún no han sido publicados en forma de artículo científico en una revista especializada pero su interés es tan grande que otros grupos científicos ya han iniciado la secuenciación del genoma de esas extraordinarias bacterias lo que esperan finalizar en menos de un año.