En esta entrevista técnica conversamos con Camilo Wartenberg, Director para América Latina de H2 Grand Prix, sobre cómo funciona realmente el sistema de propulsión de hidrógeno que compite en pista en el programa H2 Grand Prix Pro (H2GP Pro). El objetivo: explicar, con el nivel de detalle que un docente o un estudiante de ingeniería necesita, el camino completo desde la celda de combustible hasta el electrolizador que produce el combustible en el propio taller escolar.
La celda de combustible: el corazón híbrido del auto
1. ¿Qué es exactamente el H2 Grand Prix Pro y qué recibe un liceo o una universidad que se inscribe?
El H2 Grand Prix Pro, o H2GP Pro, es el programa de carreras de autos a hidrógeno de Horizon Educational. No es solo una competencia: es un laboratorio de ingeniería completo que se entrega a cada equipo. Cuando un liceo técnico o una universidad se inscribe, recibe un kit de auto RC a escala aproximada de un décimo de un vehículo real, con chasis, motores, controlador de radiofrecuencia, electrónica de potencia y, lo más importante, un sistema de celda de combustible de hidrógeno completo. A eso se suma un electrolizador de mesa que les permite producir su propio hidrógeno en el taller o laboratorio, sin depender de que alguien externo se los entregue ya envasado. Es, literalmente, una estación de energía de hidrógeno a escala de aula.
2. Mencionabas que el auto es un híbrido. ¿A qué se parece en el mundo real?
Conceptualmente funciona igual que los vehículos de hidrógeno que ya circulan en calles reales, como el Toyota Mirai o el BMW iX5 Hydrogen: un sistema donde la celda de combustible no reemplaza a la batería, sino que trabaja junto a ella. Dentro del propio reglamento del H2GP Pro existe justamente una categoría llamada Hybrid, donde el equipo tiene que equilibrar la potencia que entrega la celda de combustible con una batería y con supercondensadores que absorben los picos de demanda de energía, por ejemplo al acelerar o al salir de una curva. Eso es exactamente el mismo problema de ingeniería que resuelven los fabricantes de autos de hidrógeno de verdad: la celda de combustible entrega una potencia estable y continua, pero un auto necesita picos de potencia instantáneos, y ahí es donde entra el sistema híbrido.
3. Hablemos del corazón del sistema, la celda de combustible. ¿Cómo funciona y qué potencia entrega?
La celda de combustible que usan estos vehículos es una celda PEM, de membrana de intercambio protónico, de 30 vatios. Es una pila de catorce celdas individuales conectadas en serie, muy compacta, que entrega alrededor de 8,4 voltios a 3,6 amperes en su punto máximo. Su funcionamiento es elegante: por un lado entra hidrógeno, por el otro entra oxígeno del aire, y dentro de la membrana se produce una reacción electroquímica controlada donde el hidrógeno se separa en protones y electrones. Los electrones son forzados a viajar por un circuito externo —eso es la corriente eléctrica que mueve el auto— y al final del proceso, protones, electrones y oxígeno se recombinan formando agua como único subproducto. No hay combustión, no hay emisiones de carbono, y el único residuo que sale del tubo de escape, si se le puede llamar así, es vapor de agua.
El ciclo del hidrógeno: del electrolizador a la pista
4. Además del auto, mencionabas que reciben un electrolizador. ¿Qué es y cómo se relaciona con el HydroFill?
El electrolizador es la pieza que cierra el círculo educativo. El HydroFill es un electrolizador de tipo PEM también, pero funcionando al revés que la celda de combustible: en lugar de combinar hidrógeno y oxígeno para generar electricidad, toma electricidad de la red y agua destilada, y usa esa electricidad para romper la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno que se produce no se almacena como gas comprimido a alta presión, que sería peligroso en un taller escolar, sino que se carga en cilindros de hidruro metálico, de los cilindros de hidrógeno más pequeños y compactos que existen para uso educativo. Estos cilindros absorben el hidrógeno en estado sólido, dentro de la estructura metálica del hidruro, a baja presión. Eso los hace extraordinariamente seguros: son cilindros aprobados incluso para transporte aéreo por normativa IATA, algo que sería impensable con un cilindro de gas comprimido convencional. Para los estudiantes, esto significa que pueden fabricar, almacenar y transportar su propio combustible dentro del mismo establecimiento, con un nivel de riesgo comparable al de una batería recargable.
Los cilindros de hidruro metálico del HydroFill están aprobados para transporte aéreo bajo normativa IATA — un nivel de seguridad impensable con hidrógeno comprimido convencional, y comparable al de una batería recargable.
5. ¿Cómo se conecta esto con lo que aprenden los estudiantes sobre electrólisis?
Ahí está el verdadero valor pedagógico del programa: los estudiantes ven las dos caras de la misma reacción química funcionando en la misma mesa de trabajo. Por electrólisis, aprenden a partir la molécula de agua, H₂O, en sus dos componentes: hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo, usando corriente eléctrica. Después, en la celda de combustible, ven exactamente la reacción inversa: el hidrógeno y el oxígeno se recombinan para liberar esa misma energía en forma de electricidad, más el agua como subproducto. No es una clase teórica sobre el ciclo del hidrógeno, es el ciclo del hidrógeno ocurriendo físicamente frente a ellos, con instrumentos que ellos arman, prueban y ajustan.
Ingeniería de carrera: peso, aerodinámica y gestión de energía
6. Más allá de la química, ¿qué conceptos de ingeniería aplican los equipos para mejorar el auto?
Ahí es donde el programa se vuelve un proyecto de ingeniería real y no solo un experimento de laboratorio. Los equipos tienen que resolver el mismo tipo de decisiones que enfrenta cualquier ingeniero automotriz: dónde ubicar la celda de combustible y el cilindro de hidrógeno para lograr una distribución de peso correcta entre los ejes, cómo reducir la resistencia aerodinámica de la carrocería, qué relación de transmisión usar para equilibrar torque y velocidad máxima, y cómo gestionar electrónicamente el reparto de potencia entre la celda de combustible y la batería para no desperdiciar hidrógeno en los tramos donde no se necesita máxima potencia. Cada gramo de hidrógeno que consumen de más significa una recarga adicional en boxes, y cada recarga significa tiempo perdido en la pista. Así que terminan optimizando el auto no solo para que sea rápido, sino para que sea eficiente energéticamente, que es exactamente el mismo desafío que enfrenta hoy la industria automotriz de hidrógeno a nivel real.
7. Y en la pista, ¿cómo funciona la carrera en sí, el formato de competencia?
El formato es de resistencia, al estilo de las carreras de las 24 Horas de Le Mans. El reglamento oficial de H2GP Pro permite carreras de entre dos y seis horas —la final mundial corre seis—, y en las ediciones que coordinamos en América Latina normalmente competimos en un formato de cuatro horas continuas. No gana el auto más veloz en una vuelta rápida, gana el equipo que logre completar la mayor cantidad de vueltas dentro de ese tiempo. Eso cambia completamente la estrategia: un auto puede ser muy rápido, pero si consume demasiado hidrógeno y tiene que entrar a boxes a recargar con más frecuencia, termina perdiendo contra un auto más lento pero más eficiente que pasa menos tiempo detenido. Es exactamente la misma lógica que rige el automovilismo de resistencia real: gestión de combustible, gestión térmica del sistema, planificación de paradas en boxes y consistencia durante horas, no solo velocidad punta. Por eso el H2GP Pro termina siendo, en la práctica, un curso intensivo de ingeniería de sistemas de energía aplicado a un vehículo real, solo que a escala de mesa de trabajo y de liceo.
El programa en la pista: H2 Grand Prix Chile 2024
El siguiente video, grabado por el equipo de Districalc, muestra a los equipos chilenos compitiendo en el H2 Grand Prix Chile 2024 — desde la puesta a punto en boxes hasta la acción en pista.
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Districalc distribuye los kits H2GP Pro y el electrolizador HydroFill en América Latina, y acompaña a liceos técnicos y universidades desde la inscripción hasta la pista. Contáctanos para llevar este laboratorio de ingeniería de hidrógeno a tu institución.
ContáctenosReferencias
- Horizon Educational. H2GP Pro — Especificaciones Técnicas. Disponible en: h2grandprix.com
- International Air Transport Association (IATA). Dangerous Goods Regulations — Disposiciones para sistemas de almacenamiento de hidruro metálico.
- Toyota Motor Corporation. Mirai Fuel Cell Technology Overview. Disponible en: toyota.com
- H2GP / Horizon Educational. Official H2GP Pro Rulebook — formato y duración de carrera. Disponible en: h2gp.org/programs/h2gp-pro