El hidrógeno, obtenido a partir de fuentes renovables, es esencial para la transición energética de fuentes no limpias a limpias. Los electrones de ciertos semiconductores, como el dióxido de titanio, pueden activarse con la luz solar para generar hidrógeno a partir de protones del agua y compuestos orgánicos. Sin embargo, la eficiencia es baja debido a la tendencia de los electrones a relajarse en lugar de reaccionar. Esta limitación se supera al introducir nanopartículas metálicas que actúan como filtros para prolongar la vida de los electrones en estado excitado, logrando rendimientos cientos de veces superiores.
Un estudio reciente avanzó en la producción sostenible de hidrógeno al depositar clústeres metálicos en nanopartículas de dióxido de titanio con diversas morfologías. Se descubrió que las diferentes caras cristalográficas expuestas del dióxido de titanio desempeñan un papel crucial en la producción de hidrógeno. También, se apreció la estabilidad de los catalizadores de hidrógeno y la intensidad del intercambio de electrones entre el semiconductor y las nanopartículas metálicas.
El equipo de investigación de la tecnología de hidrógeno
El estudio fue realizado por un equipo que incluye a Yufen Chen, estudiante de doctorado de la UPC, Lluís Soler y Jordi Llorca del grupo ENCORE-NEMEN del Departamento de Ingeniería Química y el Instituto de Técnicas Energéticas de la UPC, así como investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2). Los resultados son concluyentes: la combinación de clústeres de platino y nanopartículas octaédricas de dióxido de titanio produce un fotocatalizador que genera más hidrógeno con mayor estabilidad que cualquier otra combinación. Esto destaca la aplicación de la nanotecnología en la creación de dispositivos energéticos.
Claudio Cazorla, investigador Ramón y Cajal del Departamento de Física de la UPC, para comprender mejor estos resultados realizó cálculos mecanocuánticos. Estos se compararon con los resultados de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X obtenidos en el Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería Multiescala de la UPC. Los hallazgos de esta investigación deberían impulsar el desarrollo de catalizadores para la producción eficiente y sostenible de hidrógeno verde. En el CER-H2 de la UPC, se está trabajando activamente en la aplicación práctica de estos resultados.
El título del estudio es «Facet-engineered TiO2 drives photocatalytic activity and stability of supported noble metal clusters during H2 evolutiont» y ha sido publicado en la revista académica Nature Communications.
La tecnología de hidrógeno FCH
Otra tecnología relevante de hidrógeno aplicada las pilas de combustible es la tecnología FCH. Viene de los términos Fuel Cell Hydrogen y trata de los avances tecnológicos de las pilas de combustible estacionarias de hidrógeno.
Las tecnologías FCH están asociadas con la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire local, alta eficiencia energética, y la reducción de la dependencia de combustibles fósiles. Estas tecnologías suponen una gran esperanza del papel del hidrógeno ante el cambio climático.
Se consideran elementos potencialmente significativos en los sistemas energéticos con una alta proporción de energías renovables variables. Presenta un elevado potencial e interacciones con el sector de la movilidad y la industria desde la perspectiva del sistema energético.
Las tecnologías FCH se evalúan en función de un conjunto de méritos desde características de las tecnologías hasta su sostenibilidad. En este punto se refiere a sus implicaciones en la economía, la sociedad y el medio ambiente. Los aspectos concretos de este apartado son:
Tecnología
💹 Flexibilidad (potencial para evitar la reducción de la generación de energía renovable variable)
💹 Madurez (Nivel de preparación tecnológica — TRL d )
💹 Cobertura regulatoria
Economía
💹 Costes nivelados
💹 Costes marginales de reducción de CO 2
Sociedad
💹 Aceptabilidad pública
Medio ambiente
💹 Emisiones de CO 2
Kathrin Volkart y otros, publicaron en un artículo científico que para tener en cuenta las diferentes expectativas e incertidumbres con respecto al desarrollo del despliegue de las tecnologías FCH se definen un conjunto de parámetros clave. Estos incluyen unos valores predeterminados y los rangos de valores correspondientes para la evaluación del mérito.
Luego, la evaluación se implementa en forma de una herramienta de hoja de cálculo. La herramienta permite a los usuarios especificar ellos mismos los valores de los parámetros clave, de acuerdo con sus expectativas o casos de estudio que les gustaría analizar.
¿Cuales son los turismos con tecnología de pila de combustible (fcv o fchv)?
La movilidad sostenible apuesta por vehiculos electricos y vehiculos de hidrógeno. Los coches electricos comenzaron antes su desarrollo sin embargo, las ventajas del hidrógeno son más potentes y seguramente se impondrá está tecnología en el medio plazo. Como cada vez se habla más del coche y camión de hidrógeno, aquí te mostramos unos terminos que te resultarán muy útiles.
FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) – Coche eléctrico de pila de combustible
FCEV es un tipo de tecnología muy prometedora. Los proyectos de construcción de estaciones de servicio de hidrógeno resolverán su mayor dificultad actual. Los coches eléctricos de pila de combustible hacen uso del hidrógeno a modo de carburante para generar una conversión en la que el hidrógeno se oxida y los electrones que este pierde es la corriente eléctrica que circulará a través de pilas de combustible que mueven motores eléctricos.
PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) – Coche híbrido eléctrico enchufable
Esta tecnología la tiene los coches con un motor de combustión interna y uno o varios motores eléctricos así como un paquete de baterías de iones de litio. Estos vehículos permiten al conductor circular en modo totalmente eléctrico. Disfrutan de autonomía moderada. Pueden usar solamente el motor de combustión u optar por el modo híbrido para disponer de las máximas prestaciones posibles. Eso sí, a diferencia de los coches híbridos eléctricos, los enchufables tienen que ser conectados a la red eléctrica para recargar de forma rápida y efectiva sus baterías.
BEV (Battery Electric Vehicle) – Coche eléctrico de batería
Este tipo de coches son totalmente eléctricos. Se trata de automóviles propulsados por uno o varios motores eléctricos que son alimentados por la energía almacenada un paquete de baterías (en su gran mayoría de iones de litio). Aunque para obtener autonomía en el coche y así poder seguir circulando es necesario conectar el vehículo a la red eléctrica para recargar sus baterías.
HEV (Hybrid Electric Vehicle) – Coche híbrido eléctrico
Este tipo de vehiculos combinan un motor de combustión interna con pequeños motores eléctricos. Normalmente el motor de combustión emplea gasolina, . También están dotados con un pequeño paquete de baterías que se recargan con un sistema de recuperación de energía durante la frenada motor térmico auxiliar.
MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle) – Coche eléctrico semihíbrido
Los vehiculos MHEV semihíbridos, también se conocen como híbridos parciales, hibridación leve o sistemas de 48 voltios. Los automóviles Mild Hybrid cuenta con un motor de combustión interna como eje central de la mecánica. Aunque no sean un híbrido puro y duro, su motor eléctrico proporciona un par extra para mejorar la respuesta del tren de potencia.
La tecnología de hidrógeno en España en pilas de combustible
En España se creó la Empresa FCH2 (Fuel Cells and Hydrogen). Su función es desarrollar en la Unión Europea un sector de pilas de combustible. Los objetivos determinados son:
- reducir el coste de producción de los sistemas de pilas de combustible para uso en aplicaciones de transporte, y a la vez aumentar su vida útil a niveles competitivos con las tecnologías convencionales;
- aumentar la eficiencia eléctrica y la durabilidad de las diferentes pilas de combustible utilizadas para producir energía, y reducir a la vez los costes hasta niveles competitivos con las tecnologías convencionales;
- aumentar la eficiencia energética de la producción de hidrógeno a partir de la electrolisis del agua reduciendo al mismo tiempo los costes de capital;
- demostrar a gran escala la viabilidad del uso del hidrógeno para apoyar la integración de las fuentes de energía renovables en los sistemas energéticos, en particular mediante su uso como medio de almacenamiento energético competitivo para la electricidad producida a partir de fuentes de energía renovables.
