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¿Cómo funciona un motor a combustión con hidrógeno?

marzo 18, 2022
¿Cómo funciona un motor a combustión con hidrógeno?

Motor de hidrógeno de Toyota

Su uso en pilas de combustible de hidrógeno para generar electricidad sin emisiones sigue teniendo un enorme potencial, pero el impulso para hacer funcionar motores de combustión interna con él ha disminuido. Sin embargo, sigue habiendo interés. Un ejemplo es el desarrollo por parte de Toyota de un motor de carreras de tres cilindros alimentado por hidrógeno, tomado del GR Yaris y utilizado para impulsar un Corolla Sport especialmente desarrollado que participa en las 24 horas de Fuji.

Aunque el hidrógeno es un combustible limpio en comparación con la gasolina o el gasóleo, sólo es completamente libre de emisiones cuando se convierte en un sistema de pila de combustible para generar electricidad. Cuando se quema en un motor de combustión, no lo es del todo. Aunque no se producen hidrocarburos no quemados (HC), monóxido de carbono (CO) o CO2, sí lo hacen los óxidos de nitrógeno (NOx). El aire tiene un 78% de nitrógeno y, en la combustión, se oxida para producir los tóxicos NOx, pero la cantidad depende de lo que se caliente en la cámara de combustión, y ahí es donde los motores de hidrógeno pueden tener una ventaja.

El hidrógeno es mucho menos exigente que la gasolina o el gasóleo, ya que se mezcla y se quema completamente y de forma eficiente en una gama mucho más amplia de relaciones aire-combustible. Como resultado, un motor de hidrógeno puede funcionar con poco combustible (más aire, menos combustible) y seguir produciendo niveles de NOx mucho más bajos que los de los motores de gasolina o diésel. Las emisiones del tubo de escape pueden reducirse a niveles ínfimos utilizando la tecnología actual de emisiones de escape.

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El hidrógeno -el H de la fama del H2O- resulta ser una especie de elemento polivalente, una navaja suiza para la energía. Se puede producir sin gases de efecto invernadero. Es muy inflamable, por lo que puede utilizarse como combustible. Puede introducirse en una pila de combustible para producir electricidad directamente, sin combustión, mediante un proceso electroquímico.

Puede almacenarse y distribuirse como gas o líquido. Puede combinarse con CO2 (y/o nitrógeno y otros gases) para crear otros combustibles útiles como el metano o el amoníaco. Puede utilizarse como insumo químico en una serie de procesos industriales, ayudando a fabricar fertilizantes, plásticos o productos farmacéuticos.

Es costoso, tanto en dinero como en energía, separar el hidrógeno de otros elementos, almacenarlo y volver a convertirlo en energía útil. El valor que obtenemos de él nunca ha justificado lo que invertimos en producirlo. Es una de esas tecnologías que parecen estar siempre al borde de un gran avance, pero que nunca lo consiguen.

Johnson no es ni mucho menos el primero ni el único que tiene ese objetivo. Pero después de 10 años de ensayos, pruebas y preparación, ha elaborado una serie de tecnologías y un plan de negocio práctico que trazan el camino hacia la escala comercial real del hidrógeno.

Motor de combustión de hidrógeno

Un vehículo con motor de combustión interna de hidrógeno (HICEV) es un tipo de vehículo de hidrógeno que utiliza un motor de combustión interna[1] Los vehículos con motor de combustión interna de hidrógeno son diferentes de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (que utilizan el uso electroquímico del hidrógeno en lugar de la combustión). En cambio, el motor de combustión interna de hidrógeno es simplemente una versión modificada del motor de combustión interna tradicional de gasolina[2][3] La ausencia de carbono significa que no se produce CO2, lo que elimina la principal emisión de gases de efecto invernadero de un motor de petróleo convencional.

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El hidrógeno no contiene carbono. Esto significa que no hay contaminación basada en el carbono en los gases de escape, como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrocarburos (HC). Sin embargo, la combustión del hidrógeno con el aire produce óxidos de nitrógeno, conocidos como NOx, en contra de la normativa sobre emisiones[4][se necesita una fuente mejor] De esta forma, el proceso de combustión es muy parecido al de otros combustibles de alta temperatura, como el queroseno, la gasolina, el gasóleo o el gas natural. Por ello, los motores de combustión de hidrógeno no se consideran de cero emisiones.

Motor de hidrógeno

Un vehículo con motor de combustión interna de hidrógeno (HICEV) es un tipo de vehículo de hidrógeno que utiliza un motor de combustión interna. Los HICEV son diferentes de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (que utilizan la conversión electroquímica del hidrógeno en lugar de la combustión); el motor de combustión interna de hidrógeno es simplemente una versión modificada del motor de combustión interna tradicional de gasolina.

Mazda ha desarrollado motores rotativos Wankel que queman hidrógeno. La ventaja de utilizar motores de combustión interna, como los motores Wankel y de pistón, es que el coste de la reconversión para la producción es mucho menor. La tecnología existente de ICE puede seguir utilizándose para resolver aquellos problemas en los que las pilas de combustible aún no son una solución viable, por ejemplo en aplicaciones de clima frío.

En cambio, la combustión de combustibles a alta temperatura, como el queroseno, la gasolina o el gas natural, con aire, puede producir óxidos de nitrógeno, conocidos como NOx. La puesta a punto de un motor de hidrógeno en 1976 para que produjera la mayor cantidad posible de emisiones dio como resultado unas emisiones comparables a las de los motores de gasolina de consumo de 1976.

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