Nissan investiga pilas de combustible de bioetanol

Esquema de funcionamiento de pila de combustible de óxido sólido o SOFC

Cuando hablamos de biocombustibles, solemos pensar en bioetanol (E-85 o E-100) o en biodiésel, que se utilizan en motores convencionales de gasolina o gasóleo con unas pequeñas adaptaciones. Por otro lado, cuando pensamos en pilas de combustible de hidrógeno, pensamos en un combustible que no es tan fácil ni tan barato de obtener, y es complejo manipular (tal y como vimos previamente).

Pero Nissan está trabajando en un sistema que puede ser revolucionario, al combinar lo mejor de ambos sistemas. A grandes rasgos, son coches eléctricos que se repostan inmediatamente con biocombustible líquido, sin esperar a largas recargas de sus baterías, y con unas emisiones prácticamente inocuas. Se trata una aplicación de la tecnología de pilas de combustible de óxido sólido (SOFC).

En una presentación a la prensa, el fabricante ha explicado que tiene una visión para el futuro de cero accidentes y cero emisiones. Para conseguir eso último se trabaja en métodos de propulsión alternativa que o bien no produzcan emisiones, o no produzcan emisiones netas, que casi significa lo mismo. Vamos a explicar cada concepto por separado...

Coche eléctrico, híbrido gasolina/eléctrico y con pila SOFC

Diferencias entre distintos tipos de coches eléctricos

Lo primero que se nos viene a la cabeza hablando de coches eléctricos son baterías y enchufes. Es el sistema más sencillo que existe, que el vehículo almacene en baterías electroquímicas la energía que necesita, y se recarga mediante enchufe, a través de la red eléctrica exterior. La recarga es lenta, y el acumulador energético es grande, voluminoso y caro, y no tiene mucha autonomía respecto a un coche normal.

Por otra parte, podemos alimentar un motor eléctrico mediante una pila de combustible, es decir, un sistema que transforma un combustible de distinta naturaleza en electricidad, se genera a bordo, no se trae del exterior. Los depósitos pueden almacenar más energía al tener mayor densidad energética, o en otras palabras, se puede tener más autonomía con un menor peso y volumen, y la recarga es mucho más rápida. El rendimiento global es menor, pero puede ser más cómodo y conveniente.

Muchos componentes son comunes a diseños existentes, no es una solución demasiado cara

Las pilas de combustible extraen el hidrógeno, se combinan con hidrógeno, y producen una reacción química que libera electricidad y agua. Idealmente se utiliza hidrógeno puro, pero tanto refinamiento tiene un coste energético importante, por no hablar de las condiciones que tiene que tener la red de transporte, sistema de repostaje y almacenaje hasta el depósito del vehículo.

Si se utiliza un combustible que contenga hidrógeno y más cosas, esas otras cosas se desecharán por el escape.

¿Cómo funciona?

El sistema que propone Nissan funciona de la siguiente forma:

1. Se introduce en el depósito del vehículo bioetanol, combustible de origen vegetal y renovable, como en un coche totalmente normal. A diferencia del bioetanol convencional, que se mezcla con gasolina, puede ir puro (E-100) o ir mezclado con agua. En este último caso, al ser de menor pureza, tendrá menor contenido energético.
2. En una primera etapa, utilizando calor y catalizadores, se rompen las moléculas complejas y se liberan moléculas de hidrógeno (H2) y de dióxido de carbono (CO2). En el caso de las primeras, se mezclarán con oxígeno en la pila de combustible de óxido sólido (SOFC), para generar electricidad. En el caso del CO2, se descarta a través del tubo de escape.
3. El oxígeno del aire común se mezcla con el hidrógeno, dando lugar a electricidad y agua (en estado gaseoso, vapor) de la misma forma que se hace en una pila de combustible de hidrógeno. Los gases de escape calientes se reaprovechan para el paso anterior, ya que se precisa calor.
4. Como productos de escape tenemos, en total, vapor de agua y dióxido de carbono, que previamente ha sido absorbido por las plantas mediante fotosíntesis, por lo que las emisiones netas de CO2 a la atmósfera son bajísimas, ya que la producción de biocombustibles tiene emisiones secundarias inevitables (como el uso de tractores)
5. La electricidad obtenida se utiliza para un motor eléctrico, exactamente que en un coche a baterías, una batería intermedia de poca capacidad (como en un híbrido), y para alimentar los sistemas secundarios del vehículo.
6. Cuando se agota el bioetanol del depósito, el vehículo se detiene, como en cualquier otro vehículo.

Las ventajas del sistema son evidentes, especialmente en países que cuentan con una infraestructura de producción y distribución de bioetanol, como es el caso de Brasil. No se producen gases contaminantes: no hay partículas, ni óxidos de nitrógeno, ni monóxido de carbono, ni óxidos de azufre... Todo lo que sale por el escape es tan inofensivo como el aire común. El repostaje es rápido, no precisa de una infraestructura especial, ya valen gasolineras actuales que sirvan bioetanol puro o mezclado con agua, no vale mezclado con gasolina como el E-85 (15% de petróleo fósil).

Nissan habla de autonomía de más de 600 km

Las desventajas son las inherentes a toda tecnología experimental, así como por el desgaste que sufra la pila de combustible y su precio. Tampoco queda claro el consumo de bioetanol, pero descartando todos los rozamientos mecánicos de un motor de encendido por bujía, hablamos de un consumo inferior al de un motor de combustión interna que use bioetanol. Este sistema tiene pérdidas, claro, pero muchas menos; el rendimiento es del 60% como máximo. También tiene el problema de cuál es el origen del bioetanol, no es lo mismo que venga de cultivos alimenticios que de restos orgánicos o descartes.

Muchas son las preguntas que nos hacemos en este momento, pero es una tecnología muy prometedora y que tiene décadas de recorrido. Las pilas de combustible existen desde hace mucho, otra cosa es su uso en automoción. En un futuro en el que no haya petróleo o sea muy caro, siempre se podrá producir bioetanol en cantidades aceptables, y ser una alternativa al hidrógeno y a los coches de baterías. Según Nissan, el coste de uso será competitivo al de los coches eléctricos actuales.