Quantum of solaces – pilas de hidrógeno

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James Bond hace volar un hotel en medio de la nada gracias a unas pilas de hidrogeno que alimentan el lugar, pero ¿ en que consisten?

En la película de James Bond de 2008 Quantum of Solace, un dudoso dictador sudamericano, el general Medrano, está negociando un acuerdo con el malvado Dominic Greene, que quiere hacerse con el control de una de las mayores fuentes de agua dulce del mundo. El acuerdo secreto se firma en un hotel en medio del desierto boliviano.


Este hotel “ecológico” de última generación funciona con pilas de combustible. Hay una escena en la que el general discute los méritos del hermoso hotel y pregunta en broma si las pilas de combustible son seguras. Mientras tanto, Bond se entera de la reunión secreta y, en una serie de acontecimientos llenos de acción, pone fin al complot y destruye el hotel haciendo explotar las pilas de combustible. ¿Cómo funcionan las pilas de combustible, son peligrosas y pueden hacer volar un hotel?

Cartel promocional de Quantum of solace
Cartel promocional de Quantum of solace

Tecnología de las pilas de combustible

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que produce electricidad a partir de la reacción de un combustible (en el lado del ánodo) y un oxidante (en el lado del cátodo). Existe un gran interés por utilizar el hidrógeno como combustible “verde” para las pilas de combustible, ya que su reacción con el oxígeno (aire) sólo produce agua como residuo. El hidrógeno puede fabricarse a partir de hidrocarburos, pero por desgracia en el proceso se suele producir CO o CO2, que es un gas de efecto invernadero. Sin embargo, las células solares pueden utilizarse para proporcionar electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno en un proceso conocido como electrólisis.

Historia de las pilas de combustible

Las primeras referencias a las pilas de combustible de hidrógeno aparecieron en 1838. En una carta fechada en octubre de 1838 pero publicada en la edición de diciembre de 1838 de The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science, el físico y abogado galés Sir William Grove escribió sobre el desarrollo de sus primeras pilas de combustible rudimentarias. En una carta dirigida a la misma publicación, escrita en diciembre de 1838 pero publicada en junio de 1839, el físico alemán Christian Friedrich Schönbein hablaba de la primera pila de combustible rudimentaria que había inventado. Su carta hablaba de la corriente generada a partir del hidrógeno y el oxígeno disueltos en el agua. Más tarde, en 1842, Grove esbozó su diseño en la misma revista. La pila de combustible que hizo utilizaba materiales similares a los de la pila de combustible de ácido fosfórico actual.


Primeros diseños

En 1932, el ingeniero inglés Francis Thomas Bacon desarrolló con éxito una pila de combustible estacionaria de 5 kW. La pila de combustible alcalina (AFC), también conocida como pila de combustible Bacon en honor a su inventor, es una de las tecnologías de pila de combustible más desarrolladas, que la NASA utiliza desde mediados de los años 60.

William Robert Grove, pionero en el desarrollo de pilas de combustible
William Robert Grove, pionero en el desarrollo de pilas de combustible

En 1955, W. Thomas Grubb, un químico que trabajaba para la General Electric Company (GE), modificó el diseño original de la pila de combustible utilizando una membrana de intercambio iónico de poliestireno sulfonado como electrolito. Tres años después, otro químico de GE, Leonard Niedrach, ideó una forma de depositar platino en la membrana, que servía de catalizador para las reacciones necesarias de oxidación del hidrógeno y reducción del oxígeno. Esto se conoció como la “pila de combustible Grubb-Niedrach”.

GE siguió desarrollando esta tecnología con la NASA y McDonnell Aircraft, lo que llevó a su uso durante el Proyecto Gemini. Este fue el primer uso comercial de una pila de combustible. En 1959, un equipo dirigido por Harry Ihrig construyó un tractor con pila de combustible de 15 kW para Allis-Chalmers, que fue objeto de demostraciones por todo Estados Unidos en ferias estatales. Este sistema utilizaba hidróxido de potasio como electrolito e hidrógeno y oxígeno comprimidos como reactivos.

Más tarde, en 1959, Bacon y sus colegas demostraron una unidad práctica de cinco kilovatios capaz de alimentar una máquina de soldar. En la década de 1960, Pratt & Whitney concedió la licencia de las patentes estadounidenses de Bacon para su uso en el programa espacial de Estados Unidos con el fin de suministrar electricidad y agua potable (el hidrógeno y el oxígeno estaban disponibles en los depósitos de las naves espaciales). En 1991, Roger Billings desarrolló el primer automóvil con pila de combustible de hidrógeno.

Pila de combustible a escala laboratorio
Pila de combustible a escala laboratorio

UTC Power fue la primera empresa en fabricar y comercializar un gran sistema estacionario de pilas de combustible para su uso como central de cogeneración en hospitales, universidades y grandes edificios de oficinas.


En reconocimiento a la industria de las pilas de combustible y al papel de Estados Unidos en el desarrollo de estas, el Senado de Estados Unidos reconoció el 8 de octubre de 2015 como el Día Nacional del Hidrógeno y las Pilas de Combustible, aprobando la S. RES 217. La fecha se eligió en reconocimiento del peso atómico del hidrógeno (1,008).

Hotel “ECO”

Las pilas de combustible son ideales para lugares remotos y cuando se necesita una fuente de energía no contaminante. Por ejemplo, se han utilizado con gran éxito en los programas de vuelos espaciales, en los que el H2 y el O2 del combustible de los cohetes puede convertirse directamente en electricidad y también en agua. A diferencia de una batería, que debe recargarse regularmente, una pila de combustible puede producir electricidad siempre que tenga suministro de combustible.

Volviendo a la película, parece que hay varias unidades de pilas de combustible que alimentan las habitaciones del hotel. No está claro si cada una de estas unidades tiene su propio depósito de combustible de hidrógeno o si se alimentan de un gran depósito. En esta remota ubicación, en el soleado desierto, podrían utilizarse células solares para electrolizar el agua y producir hidrógeno, que podría almacenarse en tanques para las pilas de combustible. Si estos tanques se rompen, el hidrógeno se ventila en el aire produciendo una mezcla altamente explosiva.

La energía mínima de ignición de las mezclas H2/O2 es muy baja (0,011-0,017 mJ), aproximadamente una décima parte de la de otros combustibles como el metano (aproximadamente 0,3 mJ) o la gasolina (aproximadamente 0,8 mJ). Incluso las pequeñas chispas electrostáticas de ciertos tipos de ropa pueden provocar una explosión. Además, el rango de concentraciones de H2 que pueden explotar e incluso detonar es extremadamente amplio, mucho más que casi cualquier otro combustible.


Fallo de diseño

En un momento de la película, un coche choca con una unidad de pila de combustible, lo que inicia una serie de explosiones que se propagan por todo el complejo y que acaban provocando la destrucción del hotel. Basándonos en lo que sabemos sobre las pilas de combustible, lo que vemos desarrollarse en la película parece plausible, pero quizás sólo si el diseño del hotel fuera tan pobre que pudiera producirse una reacción en cadena de explosiones de tanques de hidrógeno. Una cosa es segura, cualquier superviviente de la devastación habría tenido importantes problemas de audición después.

Para más información Fuel cells: would they blow up an ‘eco’ hotel?

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