27 de diciembre de 2018 (*) actualizado a las 13:43

Coches de hidrógeno con pila de combustible [estado de la tecnología del automóvil]

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La promesa de una sociedad del hidrógeno lleva sobre la mesa no pocos años y su punta de lanza, los vehículos propulsados por el primer elemento, llevan siendo «el futuro de la automoción» durante más de quince años. Pero la realidad es tozuda y, mientras los eléctricos a baterías comienzan a circular (muy poco a poco) por nuestras calles, ¿dónde están los de hidrógeno? ¿en qué consiste y en qué punto se encuentra esta tecnología?

Un coche propulsado por hidrógeno es, en realidad, un coche eléctrico. La particularidad está en que, en lugar de almacenar en baterías la energía eléctrica captada de la red, generan su propia energía eléctrica a bordo mediante una pila de combustible alimentada por hidrógeno, aportando notables ventajas. Sin embargo, como veremos a continuación, los problemas asociados a esta forma de propulsión son de tal calado, que su futuro se plantea ahora mismo como incierto a cualquier plazo. Veamos los detalles.

Esquema pila de combustible

Estos vehículos son totalmente limpios durante su funcionamiento

Una pila de combustible combina hidrógeno y oxígeno para obtener electricidad y agua. Puesto que el agua es prácticamente el único subproducto de la reacción, estos vehículos son totalmente limpios durante su funcionamiento. Además de esto, el hidrógeno necesario puede generarse a partir de energías limpias y podría suministrarse igual que la gasolina en puntos de repostaje que tardarían sólo unos minutos en llenar un tanque.

Así pues, tenemos una tecnología capaz de aunar todas las ventajas de la propulsión eléctrica, pero con la capacidad de repostar muy rápido y acabar con el problema de la autonomía. Al mismo tiempo, se elimina el peso y el coste de las baterías. Si el hidrógeno se obtiene mediante energías limpias en primera instancia, reduciría también la dependencia energética del petróleo. Parece que no se puede pedir más ¿no?

La obtención de hidrógeno: coste energético y emisiones

Mercedes F-Cell

El hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector energético. Esto significa que podemos utilizar energía para aislar hidrógeno, almacenarlo, y utilizar posteriormente ese hidrógeno para obtener energía de nuevo. Lo que no se puede hacer es obtener hidrógeno puro directamente de la naturaleza (como si fuese carbón o petróleo) porque este elemento tiene una especial tendencia a combinarse con otros y prácticamente no se encuentra aislado en nuestro planeta. Y aquí empiezan los problemas, claro.

Todos los procesos exigen un aporte energético sustancial que tendría que venir de fuentes limpias si la sostenibilidad es el objetivo último

Con los procesos industriales actuales para la obtención de hidrógeno, las emisiones de CO2 del ciclo en su conjunto son similares a las de un motor de combustión interna. En este momento, la mayor parte del hidrógeno proviene de la descomposición de gas natural. Puede obtenerse también, mediante diferentes procesos, del carbón, la biomasa o incluso por electrolisis del agua, pero todos ellos exigen un aporte energético sustancial que tendría que venir de fuentes limpias si la sostenibilidad es el objetivo último.

Es factible su obtención, de hecho ya se consume en grandes cantidades, pero la cosa no empieza bien para utilizarlo en medios de transporte.

Por otro lado, la eficiencia energética total incluyendo el proceso de obtención, hasta llegar a las ruedas del coche, se encuentra en torno al 20%, esto es, por debajo de un motor de gasolina, no digamos un diésel y a una distancia aún mayor del almacenamiento en baterías.

Es factible su obtención, de hecho se consume en grandes cantidades en diferentes industrias, pero la cosa no empieza bien para utilizarlo en medios de transporte.

El coste de un coche de hidrógeno

Honda FCX Clarity

El catalizador que hace posible la necesaria reacción química es de platino y cada vehículo necesita varios gramos de este valioso material (tanto más cuanto más potente sea). Para dar una idea de la escasez del platino y la necesidad teórica que implicaría, si todas las ventas de automóviles del mundo fuesen vehículos de hidrógeno, se necesitarían 3,5 veces la producción actual de platino de todo el planeta para poder fabricarlos. Incluso una pequeña penetración en el mercado sería muy difícil de atender y generaría un incremento impredecible en el precio del escaso elemento.

Si todas las ventas de automóviles del mundo fuesen vehículos de hidrógeno, se necesitarían 3,5 veces la producción actual de platino de todo el planeta para poder fabricarlos

Por lo que respecta al resto de componentes de la pila de combustible, de momento también tienen un coste astronómico, pero en este caso sí deberían tender a abaratarse suponiendo incrementos significativos de producción. En todo caso, es técnicamente complejo ensamblar una pila de combustible y todos los sistemas que implica (alimentación de aire, alimentación de hidrógeno, control de la reacción, sensores, circuito refrigerante…) son a día de hoy tecnología en fase de pruebas con precios mareantes.

Por tratarse de vehículos eléctricos, en buena lógica también están dotados de un sistema de regeneración de energía para optimizar la autonomía. Esto implica la utilización de baterías, a una escala parecida a las de un híbrido no enchufable pero, de nuevo, encontramos un elemento más a sumar a la factura total.

Sólo nos queda un último componente esencial: el tanque de hidrógeno. Para que sea operativo, el hidrógeno debe almacenarse a una altísima presión, pues en caso contrario la autonomía del vehículo no sería razonable. Parece ser que la presión mínima se sitúa a partir de los 300 bares, pudiendo llegar hasta los 700 bares sin que la construcción del tanque se haga inviable. Los tanques pueden ser de acero, pero es probable que terminen siendo de fibra de carbono para no suponer un lastre excesivo a la masa total del vehículo.

De uno u otro material, los tanques juegan también como un importante factor incremental del coste.

La infraestructura de repostaje

Honda FCX Clarity

Otro gran problema que presenta esta tecnología, tal vez el mayor de todos, es la ausencia de infraestructura de repostaje que le dé sentido. Los costes de una hidrolinera son prohibitivos porque, al contrario que en una gasolinera, la gravedad no ayuda en nada ni al almacenamiento ni al repostaje. Todo tiene que ir a alta presión (tanques, mangueras, bombas) y el repostaje debe hacerse a través de una conexión totalmente sellada. Nada de lo que existe actualmente en una gasolinera se puede reconvertir con facilidad a hidrógeno.

Nadie hará la inversión si no existen coches que necesiten repostar. Del mismo modo, nadie compraría un coche que utilizase un combustible no disponible en la carretera

Por supuesto, la inversión se puede hacer, pero nadie la hará si no existen coches que necesiten repostar. Del mismo modo, nadie compraría un coche que utilizase un combustible no disponible en la carretera. ¿Qué fue antes, el huevo o la gallina?

Por otro lado, el coste del hidrógeno en sí, incluso si pudiésemos repostar en cualquier sitio, sitúa los costes de operación de este tipo de vehículos a la par con un híbrido de gasolina, pero por encima de un eléctrico a baterías en coste por kilómetro recorrido. La razón es el costoso proceso de obtención, muy intensivo en energía como ya se ha comentado.

Por este lado, la verdad es que la cosa también está bastante complicada.

Perspectivas de futuro y conclusiones

Honda FCX Clarity

El vehículo de hidrógeno se presenta como una solución ideal sobre el papel a la que le falta mucha evolución y muchas soluciones por encontrar a problemas de gran calado. Mientras las características técnicas del vehículo en sí parecen un sueño, su coste de producción, su saldo energético real, las emisiones del ciclo completo y la ausencia de infraestructura de repostaje lo relegan a un futuro incierto y en todo caso muy, muy lejano.

El vehículo de hidrógeno se presenta como una solución ideal sobre el papel a la que le falta mucha evolución y muchas soluciones por encontrar a problemas de gran calado

Las fuentes consultadas, incluso en el escenario más favorable, sitúan una posible competitividad del hidrógeno como alternativa real para el transporte más allá de 2025, tal vez en 2030. Pero incluso entonces, hablamos de plazos tan grandes que no es posible imaginar siquiera en qué posición se encontrarán ya las baterías u otras formas de almacenamiento que, tal vez, nadie haya imaginado aún.

Dicho todo esto, mientras Mercedes, Honda y alguna otra marca estén empeñados en sacarlo adelante, habrá esperanzas de llegar a una comercialización futura.

Supongo.

Fuente: Nature | “Global autos: don’t believe the hype – analyzing the costs & potential of fuel-efficient technology” – Bernstein Research & Ricardo – Informe impreso
En Tecmovia: El Reino Unido apuesta por el vehículo de hidrógeno para 2014 | Hidrógeno: un protón y un electrón frente a la crisis energética del siglo XXI |

Comentarios...

  1. paganic9

    yo creo q el problema de las infraestructuras se puede solucionar ya que las marcas si de verdad como dicen en 2015 tuviera coches de hidrógeno como serían las primeras interesadas en venderlos se podría hacer algun tipo de alianza entre estas y alguna empresa especializada o incluso con la adhesion de estas hidrolineras dentro de las gasolineras, el problema de los costes se acabaría solucionando ya que en vista del calibre de las marcas que estan desarrollando esta tecnología ( mercedes, honda , bmw) seguro que con las ventas se abaratarían y se podría encontrar un sustituto al platino, por ultimo la obtención del hidrógeno, claro q es complicada y mas ahora que aun no se ha intentado » de verdad», pero hay que pensar: no era aun mas dificil extraer petroleo de cientos de metros de profundidad a principios del s xx?

  2. HIDROGENO

    De acuerdo con paganic9, se podria sustituir el platino, en su dia se derribo el coche electrico porque interesaba mas el del petroleo, y eso paso hace ya 100 años ..pero hoy dia habiendo tanta tecnologia en  energia solar y eolica se podria generar a partir de ahi y por electrolisis del agua… el hidrogeno, y el catalizador antes mencionado se podria buscar sustituyendolo por otros materiales….y que me dicen de las baterias de los electricos puros y duros..¿ cuanto litio y demas componentes quimicos hay en suficiente cantidad para el consumo planetario de tanta bateria para vehiculo electrico.? si se dice que se extrae del agua el hidrogeno y este emite vapor de agua..es un ciclo que no tiene fin y no es contaminante…yo creo que todo esto es marear a la perdiz porque esto ya tiene mas de 40 años hecho y reprobado, pero hasta que la contaminacion y los problemas geopoliticos agraven todo esto, no saldrán los de pila de combustible (hidrogeno). Tendrian que darse mucha mas prisa en investigar, vale dinero claro..pero querer es poder.. en paises como Venezuela y Brasil acaban de descubrir petroleo para 200 años más.. ¿ los millones de vehiculos emitiendo gases a la atmosfera 200 años mas a este ritmo lo soportaria el planeta ?.en China ya van con mascarillas..y es ahora que se estan dando cuenta de esto..el petroleo siempre será util pero para otros usos industriales (medicinas, zapatos, alimentacion, plasticos, infinidad de usos….inclusive hablando de nergia solar en Australia hay competiciones con vehiculos solares desde hace años..ya podrian aplicar esas tecnicas a los vehiculos de hoy dia. ¿ que pasó con los biodiesel y etanol que en su dia a bombo y platillo salió a la opinion publica ?
    Tengo entendido que en Brasil ya lo utilizan el Etanol (caña de azucar) hace 40 años en los vehiculos…¿en Europa donde estan..? en España todo es quejarse de que somos dependientes del petroleo…pero que se esta haciendo para invertir la balanza en esto.

  3. Jarufe

    Yo creo que podría pintar mejor la utilización del hidrógeno como combustible para un motor de combustión interna adaptado, igual que en el BMW Serie 7 Hydrogen. Seguiríamos disfrutando de un concepto parecido al actual y el producto de la combustión sería vapor de agua. Además, eliminas el problema del platino e incluso se podrían crear motores mixtos hidrógeno-etanol o hidrógeno-gasolina (ej: Serie 7). Deberías hablar un poco más de esa opción. Creo que Mazda también estaba desarrollando algun prototipo con hidrógeno como combustible.

  4. Enrique Giussani

    Jarufe: esa es la opción, en Argentina estamos experimentando con mezcla de hidrógeno al 20% en GNC. Existe una flota de vehículos que circulan desde hace varios años con gran exito a gas (aproximadamente 2.000.000) y los experimentos que se llevan a cabo en la ciudad patagónica de Pico Truncado han dado resultados satisfactorios con mezclas entre el 20 y el 25%. También se está experimentando en grandes motores de generación con mezclas hasta un 50%. La producción del hidrógeno en Pico Truncado es por electrólisis con electricidad generada por un parque eólico de 2.4 mva.

  5. JR

     Según tengo entendido también existe gran riesgo para la seguridad en caso de accidente debido al almacenaje del hidrógeno a tan alta presión.

  6. Anibal Salman

    para mi el mejor metodo hasta ahora sería obtener el hidrógeno en el mismo vehiculo por electrolisis, la desventaja es que consume mucha corriente, la ventaja: evitas el uso de platino. Estoy trabajando en este proyecto y espero lograr hacer funcionar el motor 100×100 con hidrógeno sin consumir tanta corriente, hasta ahora solo he podido rebajar el consumo de combustible (y por lo tanto la emisión de gases) en un 35 o 40 por ciento con un consumo razonable de corriente eléctrica de alrededor de unos 15 a 20 amp

  7. alex

    puros pretextos existio un convertidor de hidrogeno pero extrañamente el que lo invento desaparecio del planeta realmente creen que los petroleros permitiran que se les acabe su mina de oro eso jamas susedera pues de existir esos convertidores que son del tamaño de un inyector de combustible normal undiria a la economia de muchos paises ha y porcierto estos inyectores solo usan agua como combustible si y la funcion es inversa a la pila de combustible pues los combertidores ´producen hidrogeno investiguen y veran de que hablo

  8. manuel

    Hola, para mi el hidrogeno es el combustible del futuro, el problema son las hidrogasolineras, hace falta un impulso a su creacion para que esta tecnologia realmente pueda arrancar..

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