¿BATERÍAS DE HIDRÓGENO VS PB-AC?
COMPARATIVA DE BATERÍAS HIDRÓGENO VS PB-AC EN
EL ÁREA LOGÍSTICA: HACIA UNA ECONOMÍA SOSTENIBLE
CON HIDRÓGENO
HYDROGEN BATTERIES VS LEAD-ACID BATTERIES: COMPARISON
IN THE LOGISTICS SECTOR TOWARDS A SUSTAINABLE
HYDROGEN ECONOMY
Gullifa, Silvio
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Perez, Claudio
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Corino, Leonardo
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Gullifa, S., Perez, C., Corino, L. (2024). ¿Baterías de hidrógeno vs. PB-AC? Comparativa
de baterías hidrógeno vs. PB-AC en el área logística: hacia una economía sostenible
con hidrógeno. Revista INNOVA, Revista argentina de Ciencia y Tecnología, 13.
RESUMEN
El presente estudio compara el potencial de las baterías de hidrógeno respecto de las
de plomo-ácido en el ámbito logístico. Destacando el potencial del hidrógeno para
reducir emisiones y optimizar tiempos de carga en operaciones logísticas. Se evalúan
aspectos como eficiencia, vida útil y costos operativos. Se resalta la importancia de
considerar los aspectos económicos y ambientales al elegir tecnologías. La transición
hacia baterías de hidrógeno implica beneficios en la sustentabilidad y eficiencia
logística. Se apunta hacia un futuro donde la energía limpia y renovable sea la norma.
El hidrógeno emerge como una herramienta clave en la transición hacia un futuro
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Universidad Nacional de Tres de Febrero, Argentina
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Universidad Nacional de Tres de Febrero, Argentina
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Universidad Nacional de Tres de Febrero, Argentina / silviogullifa@yahoo.com.ar
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Edición | OCTUBRE 2024 | ISSN 2618-1894 | Artículos científicos
sostenible. La investigación busca promover la adopción de tecnologías más
responsables en la gestión logística. Su implementación puede mejorar
significativamente los procesos y reducir el impacto ambiental. En resumen, la elección
entre baterías de hidrógeno y plomo-ácido influye en la logística y en la transición
hacia una economía más sostenible.
PALABRAS CLAVE
Baterías de hidrógeno, Baterías de plomo-ácido, Eficiencia logística, Sustentabilidad,
Impacto ambiental.
ABSTRACT
This study presents a comparative analysis of the potential of hydrogen batteries versus
lead-acid batteries within the logistics sector, focusing on hydrogen's ability to reduce
emissions and optimize charging times in logistical operations. Key aspects such as
efficiency, lifespan, and operational costs are assessed. The study underscores the
importance of taking both economic and environmental factors into account when selecting
technologies. The transition to hydrogen batteries offers significant advantages in terms of
sustainability and logistical efficiency. The research envisions a future where clean and
renewable energy becomes the norm, with hydrogen emerging as a pivotal element in the
shift toward a sustainable future. This investigation seeks to encourage the adoption of
more responsible technologies in logistics management. The implementation of such
technologies can lead to substantial improvements in processes while minimizing
environmental impact. In conclusion, the choice between hydrogen and lead-acid batteries
has a direct influence on logistics and plays a critical role in advancing a more sustainable
economy.
KEY WORDS
Hydrogen batteries, Lead-acid batteries, Logistical efficiency, Sustainability, Environmental
impact
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Introducción
Si amigos míos, creo que algún día se empleará el agua como combustible, que el
hidrógeno y el oxígeno de los que está formada, usados por separado o de forma
conjunta, proporcionarán una fuente inagotable de luz y calor, de una intensidad de la
que carbón no es capaz […] El agua será el carbón del futuro.
(Julio Verne, La isla misteriosa, 1874).
En la constante búsqueda por la excelencia en la parte industrial y en los centros
logísticos, nos hemos encontrado con un factor crucial que requiere un análisis
detallado en numerosos países a nivel mundial. Es por ello por lo que hemos dirigido
nuestra atención hacia las baterías de plomo ácido, las cuales ocupan una posición
destacada como las más utilizadas y distribuidas en la actualidad en todo lugar donde
existen equipos de transporte eléctrico para uso de fines logísticos o industriales de
manejo de pallet y/o mercancía
En nuestro compromiso por mejorar la eficiencia operativa, proteger el medio
ambiente y elevar la calidad de vida de las personas, hemos emprendido un exhaustivo
estudio sobre las implicaciones y oportunidades que estas baterías presentan. La
innovación en este ámbito es crucial no solo para optimizar los procesos industriales y
logísticos, sino también para mitigar los impactos ambientales y promover un
desarrollo sostenible.
Conscientes de la importancia de estas baterías en el contexto actual, nos proponemos
explorar nuevas estrategias y tecnologías que permitan maximizar el rendimiento en el
sector logístico, minimizando el impacto ambiental. En ese sentido, el objetivo es
contribuir de manera activa al avance de prácticas más responsables y eficientes en el
uso de la energía, impulsando así un futuro más sostenible para las generaciones
venideras.
Objetivo
El objetivo principal de nuestra investigación es comparar y evaluar exhaustivamente
las baterías de hidrógeno con las baterías de plomo-ácido en diversos aspectos,
incluyendo su eficiencia energética, su impacto ambiental, su vida útil y su idoneidad
para aplicaciones industriales y logísticas. Buscando identificar las fortalezas y
debilidades de cada tecnología con el fin de tomar decisiones informadas sobre su
implementación y promover un uso más sostenible y eficiente de la energía en
nuestras operaciones.
Es de destacar que el hidrógeno es el elemento que más abunda en la naturaleza, el
cual representa la mayor reserva de energía. El mencionado elemento representa
alrededor del 92 % de la materia conocida y es considerado como el origen de todos
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los componentes de la materia. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no
tóxico, es inflamable y combustible, extremadamente ligero y de fácil reacción con
otros tipos de sustancias químicas.
Haciendo un poco de historia el mismo debe su nombre a Lavoisier, quien combinó las
palabras hydro = ‘agua’ en griego, y genen = ‘engendrar’. Hasta entonces se le llamaba
“flogisto” (alusivo a inflamable) y era denominado como gas verde, el cual fue
descubierto por Henry Cavendish en 1766. La energía del hidrógeno puede ser
esgrimida sin necesidad de realizar una alteración en su condición de “estabilidad de
vida en la Tierra”, desplazando a otras energías actuales como:
• Madera (bosques), que provocó una desertización de bosques y selvas por su
explotación.
• Biomasa (cultivos de cereales, residuos vegetales).
• El carbón.
• Recursos fósiles (reservas en pocas zonas de la Tierra).
• Petróleo.
La energía del hidrógeno se define también como la energía del agua, siendo el
objetivo del proyecto explorar el potencial de las baterías de hidrógeno como una
alternativa viable y respetuosa con el medio ambiente a las tradicionales baterías de
plomo-ácido, especialmente en términos de reducción de emisiones y huella de
carbono. Nos proponemos investigar las últimas innovaciones en tecnología de
baterías de hidrógeno, así como los desafíos y oportunidades asociados con su
adopción a gran escala en el ámbito industrial y logístico.
A través de este estudio, aspiramos a contribuir al avance del conocimiento en el
campo de las baterías de energía alternativa y a fomentar el desarrollo de soluciones
energéticas más sostenibles y eficientes para el futuro en el sector logístico.
Destacando que en septiembre de 2008 el Parlamento Europeo aprobó la
homologación de los vehículos de hidrógeno. Un factor adicional a tener en cuenta es
la contaminación acústica cero, dado que los motores impulsados por hidrógeno no
generan ningún tipo de ruido.
Desarrollo o contexto
Las baterías de PB-AC realizan un proceso electroquímico, por medio de reacciones
químicas del tipo redox, que oxidan plomo metálico a sulfato de plomo en el ánodo y
reducen óxido de plomo a sulfato de plomo en el cátodo, por medio de la utilización de
un conductor iónico conocido como electrolito. Mientras la batería se descarga se
forma sulfato de plomo en ambos electrodos, cuando se recarga se invierten las
reacciones y el sulfato de plomo se transforma nuevamente en plomo y óxido de
plomo. El agotamiento de la batería se produce debido a que las placas se contaminan
cada vez más con sulfato de plomo durante la descarga. Por tratarse de un producto de
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uso masivo, consumido por la población, la industria y las empresas de servicios, tanto
los puntos de generación como los actores involucrados son muy diversos. Las baterías
de plomo poseen dos sustancias peligrosas: el electrolito ácido y el plomo. El primero
es corrosivo, tiene alto contenido de plomo disuelto y en forma de partículas que
puede causar quemaduras en la piel y los ojos. El plomo es altamente tóxico tanto para
la salud humana como para el ambiente. Por lo que es fundamental el manejo correcto
de estos desechos, ya que el mal manejo de las baterías usadas puede dispersar o
transportar el plomo de la batería a los distintos factores del ambiente, por esto las
mencionadas baterías deben ser colocadas en forma vertical a fin de evitar derrames
de ácido. Como se indicó anteriormente, al final de su vida útil la batería contiene la
misma cantidad de plomo que el producto nuevo. Por esta razón la batería usada
adquiere un valor comercial significativo ya que es posible reciclar el plomo a través de
un proceso de fundición. El reciclado de baterías de plomo puede darse de forma
informal, en cuyo caso la falta de medidas de seguridad genera contaminación por
plomo en el aire y el suelo, afectando fundamentalmente la salud de operador, la de su
familia y los vecinos. Por estas razones adversas, se comenzó a estudiar la posibilidad
de reemplazarlo por otros elementos químicos menos dañinos para la salud de los
humanos y el ambiente. Si bien este tipo de baterías son económicas, y tienen una
gran disponibilidad en el mercado por su tecnología altamente conocida, podemos
decir que tienen la particularidad de tener una vida útil limitada de 3 a 5 años en
promedio en comparación con baterías de otra tecnología; además hay que destacar
que las baterías de plomo ácido sufren problemas inherentes en su eficiencia,
desperdiciando por lo menos el 15 % de la energía empleada en su carga. La celda de
combustible de hidrógeno es una de las posibilidades investigadas, para trabajar como
una batería convencional, teniendo en cuenta que el elemento más abundante en la
corteza terrestre no es el hidrógeno sino el oxígeno seguido por el silicio, el aluminio,
el hierro y el calcio. ¿De dónde podemos obtener el mencionado elemento? Además de
encontrarse en el agua y de muchos otros componentes químicos como los ácidos o
los alcoholes, el hidrógeno forma parte de toda la materia orgánica (incluidas las
personas, que son un 10 % hidrógeno). Podemos encontrar por lo tanto hidrógeno en
la biomasa y el biogás que hoy es quemado en forma de carbón, petróleo y gas
natural. Esto se gesta rompiendo los enlaces de las moléculas que lo contienen
mediante diferentes tecnologías como: a partir de fuentes renovables que no incluyen
electricidad, donde el costo y viabilidad a mediano plazo sería rentable. La primera es
la gasificación de biomasa, que resultará rentable cuando la biomasa sea abundante y
barata, como también de diferentes tratamientos análogos de los llamados “bio” de los
hidrocarburos y alcoholes: biodiesel, biogás y bioetanol. La segunda opción es la
utilización de energía térmica de alta temperatura, aquí podemos destacar las
esperanzas que se vinculan en la industria nuclear y el desarrollo de nuevos reactores
de alta temperatura con los que realizar lo que es conocido como hidrolisis térmica. Se
pueden mencionar otras formas de obtener hidrógeno más o menos exóticas como
puede ser la producción biológica por medio de microorganismos hasta la llamada
electrólisis gravitacional, pero hasta la actualidad no se han obtenido resultados
rentables.
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Entre las variadas formas de las celdas de combustible que existen las de membrana
de intercambio de protones (PEM), o también llamadas celdas poliméricas, emergen
como la opción más prometedora para las aplicaciones de transporte. Su destacada
eficiencia, alta densidad de corriente y relativamente baja temperatura de operación
las hacen altamente deseables en este campo.
Las celdas de combustible de tipo PEM emplean un electrolito constituido por una
membrana polimérica que separa la parte del ánodo de la del cátodo en una celda. Su
función principal es permitir exclusivamente solo el paso de los iones de hidrógeno
(H+) a través de ella y ser impermeable al paso de otros agentes como son los gases o
impurezas. Cada celda está compuesta básicamente por tres componentes esenciales:
el ánodo, el cual porta con la carga positiva; el cátodo con la carga negativa y una
membrana electrolítica, encargada de filtrar los iones de hidrógeno e impedir el paso
de los gases.
En este contexto, el hidrógeno actúa como combustible, introduciéndose a través de
una placa bipolar en el lado del ánodo, y siendo guiado mediante una capa
catalizadora, donde tiene lugar la reacción química. La capa difusora, por su parte, está
compuesta por un material poroso que asegura una distribución óptima del hidrógeno
al entrar en contacto con la superficie del catalizador.
Ante esta tecnología innovadora, surge el interrogante:¿Puede la tecnología de
hidrógeno mejorar tiempos y costos operativos en comparación con las baterías de
plomo ácido? Esta pregunta es clave en nuestra búsqueda por identificar solución
energética para nuestras necesidades industriales y logísticas.
Entendemos que el vector hidrógeno presenta un gran potencial en el mercado de las
baterías para vehículos industriales en empresas y centros logísticos. Su adopción no
solo contribuiría a la protección del medio ambiente, reducir costos y tiempos de carga
de baterías, mejorando de esta forma la eficiencia operativa.
Tomando las bases de las operaciones en centros logísticos, dónde una variedad de
vehículos industriales se emplea para mover mercadería dentro de los diferentes
espacios designados para tales tareas, observamos que los vehículos en principio
utilizan baterías que tienen un sustento de un electrolito químico. Con un ciclo de una
carga eléctrica de 8 horas, seguidos de 8 horas de reposo y 8 horas de ecualización,
estas baterías están listas para su uso. Sin embargo, la tecnología mencionada puede
ser sustituida por baterías de hidrógeno, permitiendo que el operador del equipo móvil
recargue en tan solo dos minutos por sí mismo la batería.
La vida útil de una batería de hidrógeno puede variar significativamente según varios
factores, incluyendo el diseño específico de la batería, las condiciones de uso, el
mantenimiento y la tecnología utilizada. En general, las baterías de hidrógeno están
diseñadas para tener una vida útil prolongada en comparación con las baterías
tradicionales, como las de plomo-ácido o las de ion de litio.
En aplicaciones industriales y de transporte, se espera que las baterías de hidrógeno
tengan una vida útil de varios miles de ciclos de carga y descarga, lo que podría
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traducirse en décadas de uso efectivo en condiciones óptimas. Sin embargo, es
importante tener en cuenta que la tecnología de las baterías de hidrógeno aún está en
desarrollo y mejora continua, por lo que los datos específicos sobre la vida útil pueden
variar según el fabricante y la aplicación específica. Por lo tanto, mientras que las
baterías de hidrógeno ofrecen una vida útil potencialmente más larga que las baterías
tradicionales, la duración exacta puede depender de varios factores y requerir un
monitoreo cuidadoso en condiciones reales de uso.
Es imperativo como sociedad buscar y encontrar un reemplazo sustentable de la
utilización de baterías de plomo – ácido. Esto nos permitirá reducir significativamente
los impactos ambientales asociados, especialmente aquellos relacionados con metales
pesados y soluciones ácidas generadas durante su fabricación, manipulación y
disposición final. Dada la creciente actividad logística, exacerbada por la pandemia, la
cantidad de baterías de plomo – ácido utilizadas ha aumentado considerablemente. Es
hora de abrazar alternativas más amigables con el medio ambiente y avanzar hacia
una logística más sustentable y eficiente para el sector.
Es de tener en cuenta además en la investigación que el cambio climático y el
calentamiento global son fenómenos de preocupación creciente a nivel mundial, el
efecto invernadero, causado principalmente por la acumulación de gases como el
dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, es uno de los principales impulsores del
cambio climático. En este contexto, el hidrógeno emerge como una opción
prometedora para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar los
impactos ambientales asociados con la energía convencional, se presenta como una
alternativa energética atractiva debido a su capacidad de producir energía limpia y
sostenible a través de procesos electroquímicos que no generan emisiones de gases
contaminantes. En comparación con los combustibles fósiles, el hidrógeno ofrece
varias ventajas significativas en términos de reducción de emisiones de gases de efecto
invernadero durante todo su ciclo de vida. En primer lugar, la producción de hidrógeno
a partir de fuentes de energía renovable, como la energía solar o eólica, elimina o
reduce considerablemente las emisiones de CO
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asociadas con la quema de
combustibles fósiles. Además, las tecnologías de almacenamiento y distribución de
hidrógeno están en constante desarrollo, lo que permite una mayor eficiencia y una
menor huella de carbono en comparación con los combustibles convencionales.
Las baterías de hidrógeno, en particular, representan una solución innovadora para la
movilidad sostenible y la generación de energía limpia. Al utilizar células de
combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), estas baterías
permiten la generación de electricidad a partir de hidrógeno y oxígeno, con emisiones
de agua como único subproducto. Esta tecnología ofrece una alternativa prometedora
a los vehículos de combustión interna, reduciendo significativamente las emisiones de
gases de efecto invernadero y mejorando la calidad del aire en entornos urbanos.
Conclusión
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El vector hidrógeno ha llegado para quedarse en el mercado. Al evaluar las opciones
entre baterías de hidrógeno y baterías de plomo – ácido, es crucial considerar la
generación del hidrógeno. ¿Se producirá asociado a algún proceso de producción,
permitiendo su complementación, se importará en tanques de terceros? Estos aspectos
son fundamentales al armar la ecuación de costo – beneficio.
En última instancia, nuestro planeta nos está instando a realizar cambios urgentes
hacia la sustentabilidad. Creemos firmemente que las baterías de hidrógeno tienen un
gran potencial en ese sentido, ayudando a mitigar el efecto invernadero y reducir las
emisiones de gases contaminantes en el sector energético. Su potencial para producir
energía limpia a partir de fuentes renovables y su eficiencia en la operación de
sistemas de energía y vehículos lo posicionan como una herramienta clave en la
transición hacia un futuro más sostenible y resiliente al cambio climático. Además de
sus beneficios ambientales, también ofrecen mejoras operativas significativas en
términos de eficiencia y rapidez en la prestación de servicios, tanto para los clientes
internos como externos del sector logístico estudiado.
En síntesis, la transición hacia las baterías de hidrógeno representa un paso
importante hacia un futuro más sustentable y eficiente. Es fundamental aprovechar
esta oportunidad para avanzar hacia un mundo donde la energía limpia y renovable
sea la política a implementar, no la excepción.
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Pontificia Universidad Católica Argentina de los Buenos Aires. Revista: “energía para
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Hidrógeno y pila de combustible- Elaborada por Haya Comunicación(Agosto 2007).
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Hidrógeno Pila de Combustible- Editorial Diaz de Santos - Rogelio González Pérez
(2022)
Fecha de recepción: 6/7/2024
Fecha de aceptación: 24/7/2024
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