Adaptan por primera vez en España un motor de turismo para funcionar con hidrógeno

El hidrógeno es un combustible inagotable que en su combustión no produce emisiones contaminantes ni de efecto invernadero. El gas utilizado en la experiencia se obtiene por electrolisis del agua, a partir de energía suministrada por un emulador de energía eólica, lo que reproduce en laboratorio las condiciones de producción de “hidrógeno limpio”; es decir, a partir de fuentes renovables.

El motor, adaptado en el banco de ensayos de motores de combustión de la Universidad, llega a registrar 5.000 revoluciones por minuto y una potencia suficiente para alcanzar los 140 kilómetros por hora.

El Grupo de Hidrógeno —del que puede encontrar información en su página web— trabaja desde el año 2001 en el marco de un programa financiado en su totalidad por la empresa Acciona Biocombustibles, que patrocina las investigaciones del Grupo en temas relacionados con las tecnologías del hidrógeno.

El objetivo de esta iniciativa conjunta es propiciar la creación de conocimiento, tecnología y base empresarial con vistas al desarrollo del hidrógeno —particularmente el obtenido a partir de energías limpias– como vector energético relevante en un modelo sostenible, en el que se reduzca progresivamente la aportación de los combustibles fósiles y se potencien las tecnologías bajas en carbono.

Las líneas de investigación en marcha son tres: la producción de hidrógeno a partir de energías renovables, la seguridad en la tecnología del hidrógeno y la utilización de este gas como combustible en motores de combustión interna, tales como los utilizados por los automóviles convencionales.

Iniciativa pionera en España

El Grupo Hidrógeno inició en 2005 su investigación en esta tercera línea, con un objetivo claramente definido: desarrollar las modificaciones y adaptaciones necesarias en un motor de coche convencional de gasolina, para hacerlo funcionar alimentado con hidrógeno como combustible, consciente de que las tecnologías asociadas al motor de combustión son una de las aplicaciones fundamentales de dicho gas.

Según explica Pedro Diéguez Elizondo, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales y Director del Proyecto, «para conseguir nuestro objetivo hemos modificado tres sistemas esenciales del motor: el control electrónico, la inyección de combustible y la refrigeración. También hemos diseñado y construido una instalación experimental para que el motor funcione de forma segura».

El equipo que dirige Diéguez está integrado actualmente por los ingenieros Carlos Sopena Serna, Luis Gandía Pascual, José Carlos Urroz Unzueta, David Sainz Casas, Susana Berdonces Evora, Carlos Fernández de las Heras Almiñana, Lara Erviti Calvo e Iñigo Idareta Erro. A lo largo de sus siete años de andadura, han trabajado además en el Grupo otros profesores y alumnos, un total de veinte personas que han creado un importante activo de conocimiento en las tecnologías del hidrógeno.

El motor utilizado para la investigación ha sido cedido por la compañía Volkswagen y corresponde al modelo “Polo” que se ensambla en la factoría de Landaben. La versión modificada por el Grupo se ha instalado en la celda de ensayos del Laboratorio de Motores Térmicos de la Universidad Pública de Navarra, dotándose al conjunto de las instalaciones de un sistema de seguridad específico para el empleo del hidrógeno como combustible. Los laboratorios dedicados a hidrógeno en la Universidad han sido homologados por la Dirección de Seguridad Industrial del Gobierno de Navarra.

Este proyecto constituye el primer desarrollo de motores alimentados por hidrógeno en España. "Hay grandes compañías como BMW, Ford o Mazda que ya tienen motores con hidrógeno, pero en España no hay nadie que lo haya hecho, aunque sí existen empresas que están trabajando en el desarrollo de grupos electrógenos con hidrógeno", señalan los investigadores del Grupo Hidrógeno.

El hidrógeno posee unas características muy especiales que lo convierten en un buen candidato para ser usado como combustible en motores de combustión interna: se mezcla rápidamente con el aire, necesita muy baja energía de ignición, tiene una elevada velocidad de combustión y su octanaje es muy superior al de cualquier gasolina.

Un tubo de escape que sólo emite vapor de agua

El 21 de diciembre de 2007, exactamente a las 12:46 horas, el motor arrancó por primera vez y funcionó correctamente hasta agotar todo el combustible disponible. Pedro Diéguez relata cómo aquello representó, en alguna forma, la culminación de muchos meses de trabajo. "Tras casi tres años de estudios, a mediados de diciembre de 2007 iniciamos las primeras pruebas de arranque del motor con el nuevo combustible. A partir de numerosos ensayos con gasolina en el motor original y simulaciones informáticas con hidrógeno, elaboramos un mapa de inyección y encendido para el arranque y otro mapa para el funcionamiento del motor a bajas revoluciones, por debajo de 1.500 revoluciones por minuto y en vacío. Por fin, el 21 de diciembre, el motor arrancó y funcionó correctamente".

Las primeras experiencias y posteriores comprobaciones resultaron alentadoras. Se logró arrancar el motor en cualquier condición de temperatura, mantener un ralentí estable y hacerlo funcionar con cargas ligeras hasta unas 2.000 rpm, elaborando los mapas de inyección y encendido adecuados.

Casi un año después, en noviembre de 2008, el motor alimentado con hidrógeno había alcanzado cotas muy destacables en cuanto a su funcionamiento: 5.000 revoluciones por minuto, potencia para alcanzar una velocidad de 140 kilómetros por hora y nulas emisiones de efecto invernadero. De hecho, en el banco de ensayos se puede comprobar cómo lo único que despide el tubo de escape es vapor de agua.

En cuanto al coste del hidrógeno, su precio varía considerablemente en función del proceso que se utilice para obtenerlo. "De cualquier manera, se trata de una tecnología en fase incipiente de desarrollo, por lo que no es comparable con tecnologías maduras. El desarrollo del hidrógeno propiciará que en el futuro sea competitivo en costes, y ello sin problemas ni de abastecimiento ni de contaminación. También habría que tener en cuenta el tratamiento fiscal que estableciera la Administración Pública, y que, si fuese favorable, podría impulsar su desarrollo en base a las ventajas de reducción de la dependencia energética y ausencia de emisiones que el hidrógeno conlleva".

Una de las ideas que se barajan para el futuro inmediato es la instalación de un motor de hidrógeno en un vehículo para comprobar su funcionamiento. "Estamos pulsando interés y financiación adicional para este nuevo proyecto, que consistiría en colocar el motor de hidrógeno en un coche como prototipo", concluye el profesor Diéguez.

El Grupo Hidrógeno continúa trabajando en las tres líneas de investigación sobre hidrógeno ya citadas, tal y como establece el contrato suscrito con Acciona Biocombustibles, patrocinadora de estas investigaciones. Desde el año 2007, esta actividad se enmarca en el programa CENIT (Consorcios Estratégicos Nacionales de Investigación Técnica).

Algunas características del hidrógeno

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo y uno de los más abundantes de la naturaleza.

Es un combustible inagotable que no produce emisiones contaminantes ni de efecto invernadero y que puede ser producido por diversos métodos y utilizando fuentes energéticas autóctonas y renovables.

Producido con renovables, representa una alternativa sostenible a los combustibles fósiles.

Producido a partir de la electrolisis del agua mediante energía eléctrica de origen renovable, cierra un ciclo natural y limpio.

Está llamado a ser uno de los protagonistas del inminente futuro modelo energético.