Por años, la movilidad a hidrógeno fue vista como una promesa lejana, pero hoy fabricantes como BMW apuestan con fuerza por esta tecnología como complemento clave a los vehículos eléctricos de batería. Con una propuesta que combina cero emisiones locales, tiempos de carga reducidos y alta autonomía, los FCEV (vehículos eléctricos con pila de combustible) se perfilan como una solución versátil para conductores que requieren flexibilidad sin renunciar a la sostenibilidad.
¿Cómo Funcionan los Vehículos de Hidrógeno?
Los vehículos de hidrógeno funcionan con un motor eléctrico. Por este motivo también pertenecen a la familia de los vehículos eléctricos. Una diferencia decisiva con respecto a los demás vehículos eléctricos es que los vehículos de hidrógeno generan la electricidad por sí mismos. Esto significa que no toman la energía de una batería integrada, como es el caso de los eléctricos puros o los híbridos enchufables, que pueden recargarse a través de una fuente de alimentación externa. Los vehículos de hidrógeno llevan a bordo, por así decirlo, su propia central eléctrica eficiente, que convierte el hidrógeno repostado en electricidad.
Electrólisis Inversa
En la pila de combustible tiene lugar un proceso denominado «electrólisis inversa». Durante este proceso, el hidrógeno reacciona con el oxígeno. El hidrógeno proviene de uno o varios depósitos del vehículo, y el oxígeno se toma del aire ambiente. Dependiendo de las necesidades que haya en cada situación de conducción concreta, la electricidad generada en la pila de combustible tiene dos alternativas: o bien se dirige al motor eléctrico y propulsa directamente el vehículo, o bien carga una batería que hace las veces de depósito intermedio hasta que la energía se necesita para la propulsión.
Los vehículos de hidrógeno tienen una propulsión puramente eléctrica y circulan sin emisiones locales. Por lo tanto, la sensación al volante se asemeja a la de los vehículos eléctricos.
Ventajas y Desventajas de los Vehículos de Hidrógeno
Ventajas
- Tiempo de repostaje reducido: A diferencia del tiempo de recarga de los vehículos eléctricos, que depende del modelo y de la infraestructura de recarga, el depósito de hidrógeno de un BMW iX5 Hydrogen (flota piloto) se llena por completo en apenas tres o cuatro minutos.
- Autonomía: La autonomía de los vehículos de hidrógeno es similar a la de los vehículos eléctricos con baterías enormes. Con el depósito de hidrógeno lleno, el BMW iX5 Hydrogen puede recorrer 504 kilómetros (según WLTP).
- Cero emisiones locales: La propulsión por pila de combustible no genera emisiones locales y mantiene limpio el aire en las ciudades. Los gases de escape de un vehículo de hidrógeno son vapor de agua puro.
- Eficiencia energética: La célula de combustible convierte directamente la energía química en electricidad, lo que minimiza la pérdida de energía y aumenta la eficiencia.
- Silencioso y suave: Al igual que los vehículos eléctricos, los autos de hidrógeno son silenciosos y proporcionan una conducción suave, permitiendo una reducción de la contaminación acústica.
Desventajas
- Costo: El precio de los vehículos de hidrógeno sigue siendo alto por diversos motivos, como la industrialización de la producción y la necesidad de platino.
- Infraestructura: Para satisfacer la creciente demanda de estaciones de recarga eléctrica para todos los BEV, los vehículos de hidrógeno pueden contribuir a ampliar la infraestructura. Los FCEV utilizan el mismo grupo motopropulsor eléctrico que los BEV, aunque se diferencian de ellos por la forma de almacenar la energía.
- Producción de Hidrógeno: Para producir hidrógeno se necesita energía eléctrica. Esa electricidad descompone el agua en hidrógeno y oxígeno en el proceso de electrólisis. Si la electricidad utilizada procede de fuentes de energía renovables, entonces la producción de hidrógeno no deja ninguna huella de carbono. En cambio, si se utilizan combustibles fósiles, el vehículo de hidrógeno sí acabará teniendo un impacto negativo sobre el clima.
- Escasa infraestructura de recarga: En Chile existen escasos puntos de carga de hidrógeno verde para el uso de estos vehículos. Por eso, la movilidad impulsada por motores de pila de combustible todavía está limitada a áreas donde existen estas estaciones.
- Alto precio de adquisición: Al ser una tecnología tan nueva, todavía no existe una oferta masiva en el mercado y los precios son más altos que en vehículos eléctricos. Además, toda la infraestructura necesaria para el funcionamiento de estos vehículos es cara, por lo que se hace difícil su masificación.
- Poca variedad: Como la oferta es escasa, todavía hay poca diversidad de modelos de autos de hidrógeno en el mercado nacional e internacional.
El Hidrógeno Verde
El hidrógeno adquiere cada vez más importancia como prometedora fuente de energía limpia, especialmente con vistas a un futuro más respetuoso con el medioambiente. Sin embargo, ¿se ha preguntado alguna vez qué es realmente el hidrógeno y cómo se produce? En pocas palabras, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido, y tiene fama de ser el elemento químico más simple y abundante del universo. El hidrógeno está formado por partículas diminutas, protones y electrones. Es sumamente sensible y puede combinarse con otros elementos para formar compuestos como el agua. Actúa como un potente combustible y se puede utilizar para generar electricidad y calor, y hacer funcionar los vehículos.
El hidrógeno también suele denominarse el "champán de la transición energética". La electrólisis es el proceso más prometedor. El proceso de electrólisis permite producir hidrógeno de forma respetuosa con el medioambiente, sobre todo si la electricidad utilizada para ello procede de fuentes de energía renovables.
Producción de Hidrógeno
Existen varias tecnologías para la producción de hidrógeno, que pueden utilizarse en función de los requisitos específicos y los recursos disponibles:
- Reformado con vapor del gas natural: se trata de la tecnología más utilizada actualmente para la producción de hidrógeno.
- Producción de hidrógeno con energía solar: en este método se utiliza la energía solar en lugar de la energía eléctrica para llevar a cabo el proceso de electrólisis.
- Producción termoquímica de hidrógeno (producción biológica de hidrógeno): algunos microorganismos, como determinadas bacterias o algas, pueden producir hidrógeno a través de la fermentación o la fotosíntesis.
Seguridad en los Vehículos de Hidrógeno
Para evitar una reacción incontrolada del hidrógeno y el oxígeno durante el funcionamiento de un vehículo de pila de combustible, el hidrógeno del vehículo se almacena en estado gaseoso en depósitos de paredes gruesas que son especialmente seguros. Además, tampoco hay que olvidar que la tecnología de hidrógeno no es nueva y que ya ha demostrado su eficacia en muchos ámbitos. En las refinerías, por ejemplo, ya se utilizan grandes cantidades de hidrógeno como gas de procesamiento del petróleo crudo. También llevamos décadas utilizando canalizaciones y almacenes de hidrógeno.
En los FCEV el mayor riesgo a controlar son las fugas de hidrógeno que pudieran dar origen a una llama y/o detonación. Esto se controla monitoreando con sensores las líneas de H2, actuando de manera automática ante cualquier anomalía, cortando el suministro del gas.
El mecanismo de almacenamiento seguro recae en la manufactura de los estanques de almacenamiento de hidrógeno, los cuales están hechos en base a materiales compuestos que resisten altos niveles de presión.
El Futuro de los Vehículos de Hidrógeno
Lo importante es que BMW ve los FCEV como un complemento a los vehículos eléctricos de batería, no como un rival. Y, para los conductores que viajan mucho y desean un alto grado de flexibilidad, un FCEV será una buena opción.
Según un informe de la Agencia Internacional de la energía (AIE), el hidrógeno tiene un enorme potencial como fuente de energía del futuro en el marco de las actividades globales para la transición energética. La respuesta de BMW es la apertura tecnológica frente a los distintos sistemas de propulsión, y el hidrógeno será decisivo en la transición energética como fuente de energía versátil. «Deberíamos aprovechar el potencial del hidrógeno para acelerar también la transformación del sector de la movilidad.
Modelos de Autos de Hidrógeno en el Mercado
- Toyota Mirai: Ofrece una autonomía de hasta 650 km con una sola carga y es uno de los autos más eficientes en su categoría.
- Hyundai Nexo: En 2018 se lanzó el Hyundai Nexo, el primero de la marca coreana en utilizar un motor de hidrógeno.
Definitivamente, los vehículos de hidrógeno en Chile representan una gran oportunidad en la transición hacia un transporte sostenible. Aunque el mercado todavía es pequeño y la infraestructura insuficiente, el potencial del hidrógeno verde está sentando las bases para un futuro en el que los autos de hidrógeno sean una opción accesible y popular.
Gracias a sus beneficios ambientales, facilidad de carga y el compromiso de Chile con este tipo de combustible, los autos de hidrógeno se perfilan como una opción clave para la movilidad sostenible en el país.
Componentes Clave de un FCEV
En un FCEV el hidrógeno almacenado en los estanques presurizados proporciona energía para el movimiento a cargo del motor eléctrico. Es importante señalar que el hidrógeno no se combustiona en un FCEV sino que experimenta un proceso electroquímico de conversión energética, donde el H2 se oxida en la celda de combustible o fuel cell liberando electricidad, calor y vapor de agua.
La celda de combustible de hidrógeno es el dispositivo característico de la tecnología FCEV y que forma parte del sistema propulsor de este tipo de vehículo junto al motor eléctrico, el banco de baterías auxiliar y el/los estanques de almacenamiento presurizado de H2.
Para aplicaciones en transporte, el tipo de celda de combustible empleada es la denominada celda PEM (membrana de intercambio protónica) y es un sistema electroquímico de transformación energética al cual ingresa oxígeno, extraído desde el aire del ambiente, e hidrógeno desde el tanque de almacenamiento del vehículo. La circulación de electrones, libera además calor. En paralelo, los protones de H2 que atravesaron la membrana intercambiadora se acoplan a las partículas del oxígeno presente al otro lado de ésta, generando agua como producto. No existe emisión de gases tóxicos ni gases de efecto invernadero como consecuencia de este proceso.
Cuando las celdas de combustible de hidrógeno se utilizan en el transporte, éstas se conectan juntando varias unidades formando módulos de celdas de combustible, de manera de poder entregar el flujo energético requerido por el motor eléctrico (análogo a los bancos de baterías en un BEV). En el caso de aumentos bruscos de potencia, el motor eléctrico complementa el flujo de energía recibido de la celda de combustible de hidrógeno con electricidad proveniente del banco de batería auxiliar. Este último componente también recibe y almacena la electricidad proveniente del freno regenerativo.
Los módulos de celdas de combustibles requieren de un subsistema para la admisión de aire y humidificación. Su principal función es suministrar el aire proveniente desde el ambiente para extraer el oxígeno que requiere la celda de combustible.
El sistema de enfriamiento es otro sistema relevante en los FCEV ya que, como se ha dicho previamente, la transformación electroquímica dentro de la celda de combustible de hidrógeno libera calor. Por tanto, la función de este módulo es mantener en óptimas condiciones la temperatura de los procesos y otros componentes del vehículo tales como baterías, almacenamiento, líneas de H2, motor, entre otros.
En un FCEV también se encuentran sofisticados sistemas de control que tienen la importante función de monitorear, registrar y supervisar el estado de los procesos electroquímicos y de todos los componentes del vehículo. Este sistema se encarga de controlar todos los dispositivos de seguridad que se utilizan para prevenir y suprimir posibles accidentes, además de vigilar niveles adecuados de temperatura, presión y proporción de combustible que ingresa al módulo de celdas.
La configuración de todos los sistemas anteriormente descritos en el chasis de un FCEV exigen mayor espacio para la disposición de los estanques de almacenamiento de hidrógeno. El resto de los componentes son relativamente de menor dimensión, haciéndolos flexibles en su disposición dependiendo del tipo de chasis: camión, bus o un vehículo liviano. Para el caso de camiones y buses existe la ventaja de disponer de espacio para almacenar múltiples estanques, incluso de diferentes dimensiones.
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