BMW, durante su último Día de la Innovación, mostró una versión de pila de combustible de hidrógeno de su deportivo i8. La palabra alemana para hidrógeno es wasserstoff, que se traduce aproximadamente como «materia de agua». Y la palabra inglesa para water stuff viene del griego a través del francés y también es una palabra compuesta, hydro que es agua y gen que es producir. Y la verdad es que no quería acercar a los alemanes y a los griegos por esto, pero bueno…
El hidrógeno es una molécula diatómica, dos átomos de hidrógeno que comparten una capa de valencia. Puedes llenar un globo con gases de hidrógeno y oxígeno y no formarán agua instantáneamente. Para obtener agua hay que «excitar» los conjuntos de átomos de hidrógeno y oxígeno lo suficiente como para «despegarlos». Si se enciende una cerilla, se produce un ruido estremecedor (bueno, es fuerte, pero no estremecedor) y se obtiene agua.
El uso de hidrógeno en una cámara de combustión mezclado con aire es bastante sencillo (recordemos que la mezcla de hidrógeno y oxígeno es de 2 a 1 y que el aire contiene aproximadamente un 21% de oxígeno).
Sin embargo, hay un problema con el hidrógeno como fuente de combustible para un motor de combustión interna. Aunque tiene una densidad de energía increíble por kilo, unas tres veces mayor que la de la gasolina, por desgracia es el elemento más ligero del universo, lo que significa que hay que exprimirlo mucho para conseguir alguna densidad. Ni siquiera el hidrógeno comprimido se acerca a la densidad energética de la gasolina por volumen. Así que, dada la baja eficiencia de un motor de combustión interna en comparación con un motor eléctrico, el hidrógeno no es una solución eficaz.
Pero cuando se compara el hidrógeno comprimido con las pilas, las tornas cambian. El hidrógeno en una pila de combustible puede proporcionar abundante electricidad que permite una potencia y una autonomía decentes. Y lo que es mejor, a diferencia de las baterías, a medida que el almacén de hidrógeno se agota, la pila de combustible sigue produciendo la tensión nominal. Las baterías disminuyen el voltaje disponible a medida que se agotan (y por eso se dedica tanto esfuerzo a la gestión de las baterías y a no permitir que se descarguen más allá de una reserva muy saludable).
El gran problema de las pilas de combustible hasta ahora ha sido su coste: los materiales y la experiencia para construirlas no son baratos. Pero, como ocurre con muchas tecnologías, a medida que se desarrollen los costes deberían bajar. Toyota, entre otros, utiliza una pila de combustible de membrana de polímero sólido -también llamada pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM)- y se sospecha que BMW también utilizará una pila de combustible de membrana de polímero sólido. La pila de combustible PEM tiene un rendimiento de entre el 40% y el 60% (necesita energía para funcionar) y funciona a temperaturas equivalentes a las del refrigerante de un motor de combustión interna.
Lo que ocurre en la pila de combustible PEM es que los electrones se desprenden de las valencias externas de los átomos y los átomos con carga positiva resultantes se combinan (dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno) para formar agua. Los electrones despojados se utilizan en el circuito eléctrico y proporcionan energía a un motor para impulsar el vehículo. La pila de combustible está respaldada por un paquete de baterías que actúa como amortiguador, recogiendo la energía de frenado regenerativo y absorbiendo la producción no utilizada de la pila de combustible y «arrancando» la pila de combustible.
El Toyota Mirai, por ejemplo, almacena su hidrógeno comprimido en dos depósitos de fibra de carbono. Aunque el hidrógeno es inflamable, el gran problema desde el punto de vista de la seguridad es la presurización. El hidrógeno, al ser el elemento más ligero, tiende a escaparse rápidamente. Pero si se perfora un bote de almacenamiento, el gas comprimido que se escapa causará estragos mientras demuestra la tercera ley del movimiento de Newton.
La otra complicación actual es el estado de la infraestructura del hidrógeno. El hidrógeno requiere una gran cantidad de energía para aislarlo, comprimirlo y contenerlo. Pero cuando se resuelvan estos problemas, la electrificación del automóvil será brillante. El vehículo de pila de combustible promete un funcionamiento eléctrico eficiente que también proporciona la autonomía y el ritmo de repostaje que los conductores esperan.