El hidrógeno como fuente de combustible para los vehículos eléctricos es una opción muy atractiva para el futuro con inminentes oportunidades técnicas y comerciales, sin embargo, aun quedan retos por superar.
A medida que el futuro de la automoción se aleja de la combustión interna hacia la tecnología de los vehículos eléctricos, la industria tiene ahora dos opciones: los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV), que utilizan hidrógeno como fuente de combustible, y los vehículos eléctricos de batería (BEV), que dependen únicamente de la energía de la batería.
Según un reciente informe de PreScouter Intelligence, a falta de una infraestructura que permita el desarrollo de los FCEV, los BEV siguen siendo la opción más atractiva en la actualidad.
Sin embargo, esta situación podría cambiar en los próximos cinco a diez años a medida que aumenten las inversiones en la producción e infraestructura de hidrógeno, lo que podría hacer que los FCEV superen a los BEV en algunos segmentos y se conviertan en la alternativa más sostenible.
¿Cómo funciona un FCEV?
Los FCEV son vehículos eléctricos que obtienen su energía de una pila de combustible de hidrógeno en lugar de una batería. El sistema de pila de combustible es el corazón de un FCEV.
La electricidad se produce mediante las reacciones electroquímicas entre el hidrógeno y el oxígeno suministrado en los depósitos de hidrógeno del FCEV. Sólo se produce agua pura y destilada como subproducto.
Los FCEV utilizan esta electricidad para la tracción y necesitan la batería para operaciones auxiliares como el arranque o el almacenamiento de la energía obtenida por el frenado regenerativo.
La distinción clave entre los FCEV y los BEV es la fuente de energía. Los FCEV, a diferencia de los BEV, se basan en la energía almacenada en las pilas de combustible del vehículo, que tienen una serie de ventajas sobre las baterías. Siempre que haya combustible disponible para alimentar la pila de combustible, ésta puede generar energía. Esta es una de las ventajas más significativas de las pilas de combustible.
Un automóvil eléctrico típico puede cargarse completamente en algo más de seis horas, mientras que un FCEV podría repostar en cinco minutos y tener una autonomía de más de 350 millas. Una modesta cantidad de hidrógeno puede llegar muy lejos.
La producción de hidrógeno es un proceso químico energéticamente eficiente que da lugar a pilas de combustible con un rendimiento dos o tres veces superior al de los motores de combustión interna. Los usuarios podrán recorrer la misma distancia que hoy con sólo un tercio del combustible.
Figura 1. Comparación entre los BEVs y los FCEVs
Los FECV y los BEV, y su respeto por el medio ambiente
Los FCEV son también la mejor opción en términos de impacto medioambiental, ya que las pilas de combustible pueden ser un sistema energético 100% renovable y respetuoso con el medio ambiente.
A falta de sistemas de reciclaje adecuados, se prevé que las baterías de iones de litio utilizadas en los BEV provoquen una grave crisis medioambiental cuando lleguen al final de su vida útil.
Durante la conducción, el vehículo emite vapor de agua puro y filtra el polvo ultrafino de la atmósfera. Esta característica fundamental del FCEV ha atraído la atención del público como el futuro de la movilidad ecológica. Esta tecnología puede tener un gran impacto en nuestro estilo de vida en términos de sostenibilidad, debido a la abundancia de hidrógeno en la Tierra y a que el propio proceso de producción es muy ecológico.
En general, los FCEV son más limpios que los BEV y los vehículos de combustión interna, con un margen de mejora adicional a medida que avanza la generación y distribución de hidrógeno.
La producción de los FCEV también es más limpia que la de los BEV debido a que se necesitan menos materias primas en comparación con la extracción de minerales de los BEV y el consumo de metales pesados como el litio y el cobalto. Los FCEV también son más fáciles y baratos de reciclar que los BEV.
El mercado mundial de los FCEV
El despliegue mundial de los FCEV se ha centrado principalmente en los turismos ligeros. Sin embargo, la distribución geográfica de los FCEVs varía significativamente. Corea, Estados Unidos y Japón se han concentrado en los vehículos de pasajeros, con un pequeño número de autobuses y vehículos comerciales.
En cambio, con sus políticas de autobuses y vehículos comerciales con pila de combustible, China domina hoy las existencias mundiales en estos segmentos.
Se prevé que esta tendencia continúe, ya que la política china de subvenciones a los coches de pila de combustible para 2020 se centra en el empleo de pilas de combustible en vehículos comerciales medianos y pesados. China se ha fijado el objetivo de utilizar más de un millón de FCEV para fines comerciales en 2030.
En Europa habrá más autobuses y camiones de pila de combustible en un futuro próximo. Está previsto que haya más de mil autobuses durante la próxima década.
El puerto de Rotterdam y Air Liquide han desarrollado una iniciativa para desplegar 1.000 camiones de pila de combustible para 2025, y una convocatoria conjunta firmada por más de 60 socios industriales pretende alcanzar los 100.000 camiones para 2030.
La AIE prevé que la fabricación de pilas de combustible podría producir seis millones de FCEV de aquí a 2030, satisfaciendo aproximadamente el 40% de las necesidades del “Escenario de Cero Emisiones Netas para 2050”.
La normativa técnica mundial se actualiza continuamente para garantizar la seguridad de los FCEV en todo el mundo. Las normas internacionales se utilizan para elaborar normas y leyes de seguridad localizadas para los FCEV. Suelen incorporar requisitos de seguridad eléctrica y de hidrógeno.
Los depósitos de hidrógeno son voluminosos
Dado que el hidrógeno tiene una escasa densidad energética volumétrica, el almacenamiento de una cantidad suficiente a bordo plantea problemas de peso, volumen, cinética, seguridad y coste.
El hidrógeno sólo puede almacenarse a alta presión, a temperaturas extremadamente bajas como líquido, o en sistemas de hidruros metálicos para maximizar la densidad energética volumétrica.
El hidrógeno comprimido es el método más utilizado para almacenar hidrógeno en los vehículos. Los depósitos de hidrógeno comprimido de los FCEV de pasajeros son engorrosos y ocupan mucho espacio.
Este es un defecto de la actual generación de vehículos eléctricos impulsados por pilas de combustible de hidrógeno. En el futuro, los hidruros metálicos o no metálicos podrían sustituir a los pesados depósitos de hidrógeno. Esto está empezando a tomar forma, ya que la evaporación del hidrógeno sigue siendo un problema técnico clave que hay que superar.
Honda y Nissan eligieron un depósito presurizado de 350 bares (5.000 psi), mientras que Toyota emplea depósitos de 700 bares (10.000 psi). Aunque los tanques compuestos de 10.000 psi han demostrado ser bastante seguros, tal y como exigen diversos requisitos normativos, el público está preocupado por su seguridad. Además, las proporciones del depósito requieren más espacio que los depósitos de gasolina tradicionales.
La facilidad de recarga
Los FCEV no serán comercialmente viables a menos que los compradores estén seguros de que podrán acceder fácilmente a las estaciones de servicio. Por eso, la adopción de los vehículos de pila de combustible debe complementarse con una infraestructura habilitadora.
Según H2 Tools, a finales de 2021 había más de 492 estaciones de repostaje de hidrógeno operando en todo el mundo. Japón contaba con unas 141 estaciones, seguido de Corea del Sur (112) y Alemania (91).
Muchos fabricantes de automóviles venden o alquilan actualmente FCEVs, pero la tecnología es todavía nueva. Honda, Hyundai y Toyota son sólo algunas de las empresas que figuran en la lista. Sin embargo, los fabricantes de automóviles se dedican a aumentar tanto las estaciones de servicio de hidrógeno como los vehículos impulsados por hidrógeno, por lo que hay más FCEV en camino.
Aunque todos los vehículos de pila de combustible actuales se consideran de producción en serie, ninguno está disponible ahora fuera de California en Estados Unidos. Muchos de ellos sólo están disponibles en cantidades limitadas, y el de Honda nunca se ha vendido, sólo se ha alquilado, desde su debut. ¿Pueden las pilas de combustible de hidrógeno convertirse en la tecnología elegida para los vehículos eléctricos?
Varios estudios, entre ellos uno del Laboratorio Nacional de Argonne, han demostrado que la creación y el uso de hidrógeno para los vehículos de pila de combustible es más respetuoso con el medio ambiente que el uso de la electricidad de la red para alimentar los vehículos eléctricos de batería.
El hidrógeno podría crearse con energía eólica y solar, o mediante la descomposición de materiales vegetales; sin embargo, estos procesos llevan más tiempo y cuestan más dinero.
De momento, la comercialización de los FCEV en el mercado avanza a un ritmo moderado.
Entonces, ¿quién ganará la batalla de los EVs?, la respuesta es que ambas tecnologías coexistirán en el futuro debido a sus evidentes similitudes, siendo los BEVs más apropiados para vehículos de corto alcance y pequeños, y los FCEVs la mejor opción para los vehículos de mediano y largo alcance.
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