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Detrás del transporte a pilas

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Lola Rey es incombustible, lo saben sus amigos y lo saben en su trabajo. Su dinamismo y perseverancia, de hecho, le permiten hacer sin ningún problema la infinidad de viajes diarios al centro de la capital para visitar a sus clientes. Por esa razón, la prohibición de que circulen por el centro de Madrid los vehículos diesel a partir del 2020 que quiere imponer el Ayuntamiento de la capital la tiene algo preocupada. Ya hace unos meses, la prohibición de estacionar en el centro de la ciudad le afectó bastante: “tengo que coger el coche para entrar en la ciudad y reunirme con clientes, y ahora me toca ir de parking en parking”, afirma.

En su día, el Ayuntamiento de Madrid estableció unas normas estrictas para tratar de controlar la alarmante contaminación en la ciudad. En concreto, el problema está en los llamados NOx, los óxidos de nitrógeno que se producen en los motores de combustión de los automóviles. Estos compuestos son tóxicos y se producen al reaccionar el nitrógeno y el oxígeno del aire a las elevadas temperaturas de los motores.

Entonces, el límite establecido por la legislación se superó en varias ocasiones y, por ello, el ayuntamiento adoptó una serie de medidas encaminadas a controlar la circulación de vehículos. La más importante fue la de prohibir el estacionamiento a los no residentes en el interior del anillo formado por la M30. Además, en esta misma vía la velocidad se limitó a 70 km/h pero, según Lola Rey, esta medida no tuvo mucha repercusión porque “de normal ya es difícil circular a esa velocidad por la M30 a causa del tráfico”.

Muchos madrileños dudaban de la eficacia de estas medidas aunque estuviesen concienciados con los problemas de contaminación, como es el caso de Lola. En su caso, además, entiende el problema perfectamente porque conoce las alternativas al motor de combustión casi de primera mano. Su hermana es científica y trabaja con baterías de hidrógeno, una prometedora tecnología que podría sustituir a los motores de combustión de los coches.

Las baterías de hidrógeno, pilas de hidrógeno o pilas de combustible, como también se conocen, es una tecnología que utiliza hidrógeno como combustible para producir energía eléctrica. Como indica su nombre, se trata de una batería, en la que tiene lugar un proceso electroquímico. En uno de los electrodos de la batería se separa el hidrógeno (H2) en sus dos átomos (H+), mientras que en el otro electrodo se separa el oxígeno del aire de la misma forma. Esta separación genera una corriente eléctrica que es la que se utilizará para mover el automóvil. El ciclo se cierra cuando, a continuación, los átomos individuales del hidrógeno viajan a traves de una membrana hasta encontrarse con los átomos de oxígeno y dan lugar a agua (H2O). Se trata, por tanto, de una tecnología limpia, no contaminante.

O no. En realidad la “limpieza” de esta tecnología depende del método de obtención del combustible, esto es, del hidrógeno. Este gas no existe de forma natural y se debe extraer de diferentes compuestos como el agua, la biomasa o combustibles fósiles como el gas natural. Durante este proceso se necesita energía y, por tanto, solo si el origen de esta energía es de fuentes renovables se podrá decir que el hidrógeno es una fuente de energía totalmente limpia.

Y es aquí donde entra uno de los mayores inconvenientes de esta tecnología como sustituto de los motores de combustión: para la obtención del hidrógeno es necesaria mucha energía. Y no solo para su obtención, también para su almacenamiento a alta presión debido a la bajísima densidad de este gas. A estos inconvenientes, además, se unen la baja eficiencia de las pilas de hidrógeno, la prácticamente nula disponibilidad de este combustible, la peligrosidad en su almacenamiento (se trata de un gas altamente explosivo) y el otro más importante: el elevado precio de los electrodos de platino de las baterías de hidrógeno.

Porque, como alternativa a los contaminantes motores de combustión, desde hace años existe otra tecnología. Se trata de los coches eléctricos con las modernas baterías de litio, una tecnología conocida, ya implantada y el más importante competidor a la tecnología a base de hidrógeno. Elon Musk, CEO de la empresa Tesla, fabricante de coches eléctricos de alta gama, hace años que advierte de la inutilidad de la pila de hidrógeno, llegando a afirmar que “la pila de combustible es una estupidez”. Sus argumentos se refieren esencialmente al precio de esta tecnología y su ineficiencia energética: “utilizar energía para disociar el agua, comprimir el hidrógeno y cargarlo en un coche es algo totalmente ineficiente en comparación con usar la energía directamente para cargar una batería de litio”, explica.

Respecto a la potencia o velocidad del vehículo, ambas tecnologías están casi a la par, pero en la actualidad, ciertamente, el proceso de fabricación de la pila de combustible es mucho más caro que el de la batería de litio. Sin embargo, esta misma objeción sobre la baja eficiencia energética de la pila de hidrógeno es al mismo tiempo una ventaja, ya que le da mucho margen de perfeccionamiento y mejora. Este es, de hecho, uno de los puntos fuertes que citan los partidarios de esta tecnología, su posibilidad de mejora. Entre ellos se encontrarían las compañías petroleras, por ejemplo, interesadas en vender el hidrógeno obtenido a partir de los combustibles fósiles. Pero quizás actualmente uno de los promotores más importantes de las pilas de combustible es Japón. Este país pretende impulsar lo que denominan la “sociedad del hidrógeno” en la que esta sea la fuente de energía principal, tanto en los vehículos como en los hogares.

En concreto, Japón se ha planteado un reto para las olimpiadas de Tokio 2020 y pretende que 6000 coches y 100 autobuses de la capital funcionen con batería de hidrógeno. Para ello, el gobierno ha invertido unos 40000 yenes para promover el uso del hidrógeno, especialmente en ayudas a la compra de coches que utilicen esta tecnología. Pero no es solo el gobierno japonés el interesado en impulsar la pila de combustible. En los últimos meses algunas de sus empresas fabricantes de automóviles más importantes han sacado al mercado un nuevo modelo de coche con pila de hidrógeno. El Honda FCV Clarity o el Toyota Mirai son los primeros modelos de coche a base de pila de combustible fabricados en serie.

Se trata de una gran apuesta ya que no es solo el elevado precio de fabricación la limitación más importante de estos vehículos, sino que, una vez en la carretera, se necesita de hidrogeneras que puedan suministrar el combustible. En realidad estos automóviles tienen una autonomía de unos 650 km, mayor que la de los coches eléctricos y por tanto ganan la partida en este aspecto, pero aun así necesitan repostar con frecuencia y la disponibilidad de hidrógeno es prácticamente inexistente en comparación con la electricidad necesaria para cargar una batería de litio. Parte de la inversión del gobierno japonés se destinará a la construcción de estas hidrogeneras.

Este hecho de repostar hidrógeno para alimentar un coche eléctrico supone uno de los retos para la implantación de la tecnología en Occidente, donde se ve más un coche eléctrico recargado con corriente eléctrica que no con hidrógeno. Por esta razón en Europa se están haciendo estudios de aceptación social de la tecnología, para analizar las posibilidades futuras de implantación. Concretamente, el Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, una organización impulsora de la investigación y difusión de las pilas de combustible, ha promovido la idea en colaboración con la Comisión Europea. De momento el proyecto está empezando y, como indica Christian Oltra, sociólogo del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y encargado del estudio en España, “es importante conocer la opinión y expectativas de las empresas y profesionales implicados en la implantación de la tecnología, porque pueden servir de referente para otros actores o para la sociedad en general”.

En breve conoceremos los resultados del estudio y sabremos si, en Europa, la sociedad está preparada y con intención de utilizar la pila de combustible. Una tecnología que, a Lola Rey, le permitiría seguir siendo incombustible en su trabajo por Madrid.

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Dime dónde andas y te diré qué haces

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Hace unos días escuchaba un podcast atrasado de La rosa de los vientos en el que, en la sección de Azul y verde, hablaban de la Semana europea de la movilidad y en la que dedicaron los primeros minutos a explicar la importancia del tráfico en la contaminación atmosférica y, concretamente, de los efectos del ozono. Para ello, destacaron una nota de Ecologistas en Acción en la que se indicaba que el ozono “debilita las plantas haciendolas más sensibles a plagas y reduciendo su capacidad fotosintética”. Esto de las plagas me llamó especialmente la atención porque es cierto, o debería decir que lo he comprobado experimentalmente, que las plantas en la ciudad (con más tráfico y mayor concentración de ozono, si esa es la causa) sufren más que en el poble.

El caso es que esos datos podrían contrastar un poco con un estudio reciente en el que se explicaba la importancia del ozono en las capas altas de la troposfera porque allí, en contacto con las gotas de agua de las nubes, podía servir de agente descontaminante. Y por otro lado, todos sabemos de la importancia de la capa de ozono para protegernos de las radiaciones ultravioleta (UV), así que todo ello me hizo repasar apuntes y buscar algo más de información sobre esta sustancia, porque dependiendo de dónde esté, ejerce una función bien diferente.
Pero bien, primero hablemos un poco del ozono…

El ozono es una molécula formada por tres átomos de oxígeno (O3) que se produce cuando, debido a la acción de cierto tipo de radiación o de unos compuestos químicos determinados, el oxígeno (O2) se disocia en sus dos átomos independientes. A continuación, uno de estos átomos reacciona con una nueva molécula de oxígeno y da lugar al ozono. Se podría escribir de forma simplificada como:

O2 + (radiación, sustancia química) → O· + O·
O· + O2O3

Respecto a la peligrosidad del ozono, y haciendo una deducción a lo bruto, podríamos decir que: si el oxígeno es oxidante como indica su nombre (brillante deducción, por cierto), pues el ozono que tiene tres átomos de oxígeno todavía lo será más. Y sí, más o menos es así; es decir, el ozono es tóxico. Pero claro, a nosotros (y a los seres vivos en general) solo nos afectará si se encuentra a “nuestra altura”, así que habrá que distinguir dónde está el ozono para ver su acción. O dicho de otra manera: “dime dónde anda y te diré qué hace”.

El ozono en la estratosfera: la capa de ozono

La estratosfera es la parte de la atmósfera entre los 10 y los 50 km de altitud; dentro de ella, entre los 15 y los 40 km se encuentra la llamada capa de ozono, que en realidad no es más que una zona en la que la concentración de esta sustancia es relativamente alta.
En esta zona, el ozono se produce por la serie de reacciones que indicaba antes; en este caso es la radiación del sol la causante de la disociación de la molécula de oxígeno, que posteriormente reaccionará para dar el ozono.
Al mismo tiempo, la propia radiación y concretamente la radiación UV, digamos que deshace el camino y reacciona con la molécula de ozono, transformándola de nuevo en un átomo y una molécula de oxígeno. Se escribiría:

O3 + radiación UV → O2 + O·

Por tanto, existe un equilibrio de generación y destrucción del ozono en la estratosfera, pero el caso es que en esta última reacción está la importancia de la capa de ozono: al reaccionar con la radiación UV que llega del sol, digamos que la absorbe (en realidad se transforma en calor) y por tanto los rayos UV ya no llegan a nosotros, cosa muy importante porque sabemos de los efectos de esta radiación, especialmente en lo que concierne al cáncer de piel.

El ozono en la troposfera

La troposfera es la parte más baja de la atmósfera, concretamente la que va desde el nivel del suelo hasta unos 10-12 km de altitud. A continuación de ella se encuentra la estratosfera.
En toda la troposfera es donde se forman las nubes (más arriba apenas hay vapor de agua que permita su formación), y según el artículo que citaba al principio, en un estudio reciente, investigadores del Instituto de Química Avanzada de Cataluña del CSIC habían detectado que el ozono tiene una gran afinidad por la interfase agua-aire, como la que se da en las gotas de agua que forman las nubes. Allí, en esa interfase, se potenciaba la producción de radicales hidroxilo (OH·). Se podría escribir como (aunque debo decir que la reacción no sé si es exactamente así):

O3 + H2O +  radiación UV → O2 + 2·OH·

La importancia de la reacción está en que estos radicales hidroxilo tienen la capacidad de degradar los compuestos orgánicos que existen en la troposfera, con lo que ayudan a la “limpieza” de la atmósfera. Es decir, en la troposfera, a pesar de que el ozono aquí es también un gas de efecto invernadero, parece tener un efecto positivo al actuar indirectamente como descontaminador de la atmósfera porque propicia, junto con las nubes, la producción de esos radicales OH· de capacidad descontaminante.

El ozono a nivel del suelo

Aquí, en la zona más baja y donde la actividad humana es más importante, es donde el ozono puede ser perjudicial debido a su toxicidad. En esta zona, el ozono se produce como consecuencia de las reacciones que indicaba al principio siendo en este caso una sustancia química (y no la radiación solar) la precursora de la disociación del oxígeno.
Concretamente, estos compuestos son principalmente los óxidos de nitrógeno (denominados genéricamente NOx), unas sustancias que son subproductos de la reacción de combustión que se da, por ejemplo, en los motores de los automóviles. Por ello se dice que el tráfico es el causante de la contaminación por ozono.

A las altas temperaturas en las que se produce la combustión, el nitrógeno del aire es capaz de reaccionar con el oxígeno dando lugar a estos óxidos de nitrógeno. Posteriormente, la misma radiación que nos llega es capaz de disociar el NO2 liberado por los tubos de escape dejando libre un átomo de oxígeno que, a continuación, reaccionará con el O2 y dará lugar al ozono. Las reacciones serían:

NO2 + radiación UV → NO + O·
O· + O2O3

Resulta de gran importancia, por tanto, la reducción de las emisiones de los motores de combustión y por ello las diferentes políticas para intentar reducir el tráfico en las ciudades (además del consumo energético y la generación de otros contaminantes, claro). Y en este sentido existe actualmente bastante investigación para reducir estos compuestos precursores de la producción de ozono, tanto en lo que respecta a los combustibles utilizados como en la tecnología de los motores (filtros, catalizadores, etc.).

Aún así, conviene decir que el ozono, por su capacidad oxidante, también se emplea en alguna aplicación industrial. Su uso más extendido, de hecho, es el de la depuración de aguas, ya que permite eliminar los contaminantes existentes sin alterar las propiedades (color, pH, olor…) del agua o generar nuevos residuos. El subproducto es, simplemente, oxígeno.