Vehículo de hidrógeno

Vehículo de hidrógeno

¿De dónde procede el hidrógeno?

Vehículo de Hidrógeno. El hidrógeno es un gas que existe en la naturaleza, pero no en forma «natural».

Se utiliza sistemáticamente en la composición de los recursos naturales y siempre está asociado a otros elementos. Por ejemplo, se encuentra en la composición del agua (H2O), asociada al oxígeno. 

De hecho, hay que extraer el hidrógeno. En la actualidad, se produce principalmente, a partir de recursos fósiles como el gas natural. El reformado al vapor del gas natural, expuesto a vapor muy caliente, libera dihidrógeno. 

Otra opción de producción es utilizar la electrólisis del agua. El principio se basa en la emanación de hidrógeno y oxígeno como resultado de la circulación de una corriente eléctrica en el agua.

Por desgracia, para que este proceso se considere ecológico, la electricidad utilizada debe proceder de fuentes renovables, como la eólica o la solar. 

El vehículo de hidrógeno es también un vehículo eléctrico

El hidrógeno viene de lejos.

Descubierto ya en 1766 por el químico británico Henry Cavendish, el hidrógeno pronto vio sus primeras aplicaciones. A principios del siglo XIX, el inventor suizo Isaac de Rivaz logró diseñar uno de los primeros motores de combustión, basado en parte en el uso de este gas. 

Sin embargo, posteriormente la tecnología tuvo grandes dificultades para generalizarse, debido sobre todo al desarrollo de los hidrocarburos. 

Tanto es así que, incluso hoy en día, los coches de hidrógeno -en el verdadero sentido de la palabra- son casi inexistentes. BMW, con su limusina Hydrogen 7, es uno de los pocos fabricantes que lo ha intentado.

Vehículo de hidrógeno, pero…

Los llamados Vehículo de hidrógeno actuales no se basan en un motor de hidrógeno. El término -mal utilizado- se refiere a una tecnología que combina un motor eléctrico y una pila de combustible de hidrógeno (H2). 

Este proceso fue descubierto en 1839 por el químico alemán Christian Schönbein. El efecto de la pila de combustible tardó mucho tiempo en aplicarse en los coches: hasta 2014 y el lanzamiento del Toyota Mirai no se comercializó un vehículo de hidrógeno para el gran público.

¿Qué es un vehículo de hidrógeno?

Un vehículo de hidrógeno es un automóvil que utiliza hidrógeno como vector energético. El hidrógeno se utiliza como combustible acoplado al oxígeno para alimentar una pila de combustible. La reacción da lugar a la generación de electricidad que permite al vehículo avanzar, y éste sólo emite vapor de agua. 

En otras palabras, un vehículo de hidrógeno es un vehículo eléctrico que produce su propia electricidad. Los coches de hidrógeno también se clasifican como vehículos eléctricos, a pesar de utilizar un combustible. 

Aunque el proceso fue inventado por William Grove en 1839, los primeros prototipos de coches de hidrógeno no llegaron hasta más tarde. No fue hasta Chrysler, en 1994, que un fabricante de automóviles lo intentó. Mercedes no fabricó el primer vehículo de hidrógeno de serie hasta 2005. 

Como posible energía candidata para la propulsión futura de nuestros coches, veamos en este artículo un resumen de las ventajas e inconvenientes de esta energía.

¿Cómo funciona un motor de hidrógeno?

El motor de utiliza una pila de combustible para producir una reacción que genera electricidad. Produce su propia electricidad, sin necesidad de almacenarla. 

La pila de combustible utiliza la reacción entre el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2) para producir la electricidad necesaria para el funcionamiento del coche. El hidrógeno se almacena a alta presión en los depósitos del vehículo, mientras que el oxígeno se toma directamente del aire ambiente.

La reacción química produce electricidad, calor y vapor de agua (H2O). De este modo, un vehículo de hidrógeno es silencioso y no emite gases contaminantes.

Pilas de combustible – Vehículo de Hidrógeno

Aunque existen distintas tecnologías de pilas de combustible, los fabricantes de coches de pila de combustible H2 prefieren las pilas de combustible PEM (membrana de intercambio protónico). El hidrógeno recibido de los depósitos pasará por el ánodo, disociándose en iones de hidrógeno (protones) y electrones.

Sólo los protones pueden atravesar la membrana electrolítica polimérica entre los dos electrodos. Los electrones, por su parte, siguen un circuito externo, formando la corriente eléctrica que se dirigirá al inversor. En el cátodo, los electrones y protones se combinan con el oxígeno recibido del aire exterior para formar agua pura. No hay contaminantes ni otros residuos en este proceso, sólo un desprendimiento de calor ideal para calentar el habitáculo.

Batería tampón – Vehículo de Hidrógeno

Al igual que en un vehículo híbrido convencional, el requisito de capacidad de la batería no es muy alto, sólo unos pocos kilovatios hora. En la práctica, el pelotón sólo permitiría recorrer un puñado de kilómetros como máximo. Y lo que es más importante, ocuparía demasiado espacio en los depósitos y tendría un impacto demasiado grande en el peso total del vehículo que equipa.

 Inversor motor-reductor – Vehículo de Hidrógeno

Aunque su función principal es convertir la corriente continua de alto voltaje de la batería y la pila de combustible de hidrógeno en corriente alterna, que es la única que puede utilizar el motor o los motores a bordo del FCEV, el inversor también regula la velocidad y el par del motor. Este último puede constar de uno o varios motores.

En el segundo caso, es posible obtener, por ejemplo, tracción a las cuatro ruedas sin que el vehículo sea demasiado pesado. Estos dispositivos se utilizan como generadores durante la deceleración, recargando la batería tampón. La caja de cambios amplifica el par adaptando la velocidad de los motores eléctricos a las órdenes del conductor.

Beneficios del Vehículo de Hidrógeno

  • El hidrógeno es una energía física que se puede almacenar, a diferencia de la electricidad (que se puede «poner» en pilas, pero que no se puede extraer físicamente…).
  • El hidrógeno no es contaminante aunque sea muy peligroso por su alta inflamabilidad, una pila de litio no puede afirmar lo contrario
  • Repostaje rápido que no daña el vehículo(a diferencia de las baterías de iones de litio, que se degradan en carga rápida).
  • Energía renovable: el hidrógeno se encuentra sin límites en la naturaleza
  • Conducción sin emisiones: un vehículo de pila de combustible es un vehículo eléctrico que no produce emisiones contaminantes ni gases de efecto invernadero (CO2) durante la conducción.
  • Las ventajas de la conducción eléctrica: una conducción suave y silenciosa también está a la orden del día.
  • Autonomía y rapidez de repostaje: en pocos minutos, los 5,6 kilos de hidrógeno contenidos en los depósitos del Toyota Mirai pueden cargarse en el vehículo y recorrer 650 kilómetros de una sola vez. La marca incluso consiguió superar recientemente los 1.000 kilómetros con un solo depósito de combustible, adoptando para este récord un estilo de conducción ultraeficiente.
  • El dispositivo de a bordo pesa menos que una batería de litio de igual capacidad, unos 250 kg frente a los más de 500 kg de un vehículo eléctrico con una batería equivalente (aunque evolucionará a la baja)
  • Permite almacenar la energía sobrante producida por las centrales eléctricas (a menudo no funcionan para nada), pero también es el caso de las baterías de litio (sin embargo, es más fácil y ecológico destilar agua y recoger hidrógeno que instalar gigantescos cobertizos de baterías como hace Tesla).
  • Sin emisiones en uso (como con el litio), sólo vapor de agua (si hay buena combustión en la batería …)
  • A diferencia de las baterías de litio, el frío no afecta a la autonomía

Desventajas del Vehículo de Hidrógeno

  • La eficiencia de la pila de combustible es muy media, algo menos del 50% frente al 90% de la batería de iones de litio. Por tanto, el 50% de la capacidad energética contenida en el hidrógeno se pierde entre la pila de combustible y el motor eléctrico.
  • Red: las estaciones siguen siendo muy limitadas en número y uso. Hoy en día, el hidrógeno no es un combustible corriente
  • El balance de CO2 depende del combustible utilizado: si no es hidrógeno renovable o bajo en carbono, contribuye indirectamente al efecto invernadero debido a su producción.
  • Potencia limitada: las pilas de combustible no pueden producir tanta energía como las baterías para alimentar un vehículo eléctrico.
  • Inflamabilidad: el hidrógeno requiere precauciones especiales de manipulación
  • Eficiencia muy media de la cadena energética, porque aquí la corriente se convierte en materia, y esta materia se reconvierte después en corriente (muchas más etapas y transformaciones que con el litio totalmente eléctrico), es decir, una eficiencia del 25 al 30% para el hidrógeno y en torno al 70% para los vehículos eléctricos.
  • Vehículo más complejo, en lugar de tener una simple batería, electrónica de potencia y un motor eléctrico (coches eléctricos de litio), tenemos un depósito de alta presión, tuberías, una pila de combustible, una batería tampón y electrónica de potencia. La fiabilidad es potencialmente peor
  • Todo el sistema de hidrógeno ocupa más espacio que una pila de litio: pila de combustible, batería tampón y depósito de hidrógeno.
  • El centro de gravedad no es tan bajo como en un vehículo eléctrico, ya que el dispositivo no puede ser tan plano como una batería normal. Por lo tanto, la integración también es más complicada
  • Coste muy elevado de la pila de combustible, con la necesidad de platino (más caro que el oro).
  • El acondicionamiento de las estaciones de servicio (para la conversión a hidrógeno) es mucho más engorroso y costoso que la simple instalación de estaciones de recarga eléctrica.
  • Seguridad: gas muy peligroso que puede provocar fuertes deflagraciones en caso de problema o fuga, ¡el C4 debe tener cuidado! Por no hablar de la altísima presión de los tanques, que es otra fuerza que hay que controlar. Sin embargo, esto es anecdótico porque las normas de construcción exigirán un dispositivo prácticamente indestructible (sabemos cómo hacerlo).
  • Posibilidad de que el combustible nos lo vendan más caro, y es más que probable (por eso Europa quiere poner todo su empeño en esta tecnología…).
  • No hay posibilidad de repostar solo en casa, en caso de escasez en las estaciones estamos en un punto muerto … No es el caso de los coches eléctricos de batería.

Vídeo sobre el Vehículo de hidrógeno

Vídeo sobre el Vehículo de hidrógeno, del canal:

coches.net