EL HIDRÓGENO EN

AUTOMOCIÓN

 

 

 

Examinemos paso a paso el futuro del coche a pilas

Hace unos días Toyota desvelaba su definitiva apuesta comercial por la pila de hidrógeno, materializada en su nuevo Mirai. Este elemento, el más abundante en la naturaleza, es también el más limpio en cuanto a emisiones de los que se barajan como sustitutos de los combustibles fósiles.

Como se obtiene el hidrógeno:

Es muy importante saber cómo se obtiene el hidrógeno, su elaboración, proceso de fabricación, almacenamiento, suministros e infraestructuras. Todos estos factores dependerán para calcular los costos industriales y económicos y analizar su rentabilidad a nivel industrial y aplicación si procede en plan productivo a nivel mundial para su aplicación en la Automoción, además de otras aplicaciones.

Recordemos que es el hidrógeno: El hidrógeno, es un elemento químico que se representa con el símbolo H, cuyo número atómico es de 1. Cuando se encuentra en condiciones normales, ya sea de temperatura, como de presión, se presenta como un gas diatómico, sin color, sin sabor, y sin olor, de carácter no metálico.

 

 

El hidrógeno se obtiene mediante diversos procesos:

• electrólisis

• reformado

• gasificación

• ciclos termoquímicos

• producción biológica

 

 

Electrólisis:

La electrólisis es un proceso que consiste en la descomposición del agua a través de la utilización de la electricidad. Este proceso industrial tiene sus ventajas, pues es fácilmente adaptable ya sea para grandes o pequeñas cantidades de gas, consiguiéndose un hidrógeno de gran pureza. La electrolisis también posee la ventaja de poder combinarse y relacionarse de manera óptima con las energías renovables con el fin de producir H2.

 

Reformado:

El reformado, consiste en la reacción de los hidrocarburos con la presencia de calor y vapor de agua. Dicho método permite producir grandes cantidades de hidrógeno con un bajo coste, partiendo del gas natural. Como desventaja de éste método, podemos decir, que a pequeña escala no es muy rentable ni comercial, y el hidrógeno producido suele contener impurezas, siendo incluso en ciertas ocasiones necesaria la limpieza posterior, o la realización de reacciones secundarias, con el fin de intentar purificar el producto de hidrógeno. Se suele relacionar fácilmente con la fijación del CO2, o almacenamientos de carbono, lo que hace que las emisiones del CO, incluido su proceso de fijación, supongan un problema para este método, pues genera una serie de costes adicionales.

Gasificación:

El hidrógeno a través del proceso de gasificación, se obtiene a partir de hidrocarburos pesados y la biomasa, obteniéndose además del hidrógeno, gases para reformado, a partir de las reacciones del vapor de agua y el oxígeno.
Este método es muy adecuado cuando se trata de hidrocarburos a gran escala, pudiendo ser usados el carbón, los combustibles sólidos, y líquidos.
El hidrógeno obtenido por gasificación, presenta semejanzas con otros derivados sintéticos de la biomasa, produciendo competencia entre ellos. La gasificación de la biomasa es aún hoy en día objeto de estudio, y posee implicaciones y limitaciones pues necesita grandes extensiones de terreno.

Ciclos termoquímicos:

Este proceso utiliza el calor de bajo coste producido de la alta temperatura que procede de la energía nuclear o también de la energía solar concentrada.
Es un proceso bastante utilizable y atractivo cuando se habla de gran escala, al tener bajo coste económico, y no emitiendo gases de carácter invernadero, pudiendo ser usado en la industria pesada o incluso en el transporte. Existen distintos proyectos de colaboraciones internacionales para investigar y desarrollar este método. Hoy en día, aún falta mayor investigación sin fines comerciales.

 

Producción biológica:

Las bacterias, y las algas, producen hidrógeno de manera natural y directa, cuando se encuentran en determinadas condiciones. Este proceso, durante los últimos años, ha sido muy estudiado, debido a su gran potencial, pero hay que decir que es un proceso bastante lento de obtención del hidrógeno, y además se necesitan grandes superficies, sin mencionar que la gran mayoría de los organismos apropiados para éste método, no se han encontrado todavía, aunque es un proceso en pleno estudio y desarrollo.

 

A CORTO PLAZO EN ESPAÑA:

El coche eléctrico y el gas natural como combustible son dos de las alternativas que se barajan en la actualidad para sustituir a la gasolina y el diésel. Pero el hidrógeno no se queda atrás, sobre todo en algunos países de Europa y Asia, donde ya circulan automóviles movidos por este gas. La circulación de vehículos de hidrógeno por las carreteras españolas será una realidad antes de que finalice el año 2020, según el pronóstico realizado por expertos en la materia durante la Jornada “El hidrógeno en el transporte: infraestructuras y vehículos” organizada por la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2) en el marco de la Feria Genera celebrada en IFEMA (Madrid).

Así, la Directiva 2014/94 de la Unión Europea obligaba a cada país miembro a desarrollar un Marco de Acción Nacional de Energías Alternativas en el Transporte antes de que finalizara 2016. El hidrógeno, a diferencia de otros combustibles (como el GLP o los biocombustibles), tiene un capítulo propio en la Directiva y, aunque el desarrollo de infraestructuras para su repostaje (hidrogeneras) es opcional, España ha decidido considerarlo en el Marco de Acción Nacional dado el potencial que supone para nuestro país.

Antonio González, vicepresidente de AeH2, en representación del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial ha moderado el debate en el que se han explicado las principales ventajas del hidrógeno como combustible alternativo en el transporte.

Mª Luz Peláez, representante del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad ha analizado algunas de las particularidades del Marco de Acción Nacional y el compromiso público con el hidrógeno debido a las ventajas que este mantiene, como su independencia del exterior en cuanto a abastecimiento energético.

Además, también ha explicado que a las seis hidrogeneras existentes en España (Albacete, Huesca, Zaragoza, dos en Sevilla y una en Puertollano) se sumarán tres en Aragón y una en Cataluña. Peláez ha añadido que España cuenta con un plan de incentivos para la adquisición de automóviles de hidrógeno (Plan Movea). Estos vehículos cuentan con una clasificación 0 por parte de la DGT, la cual les permite circular en todo momento independientemente del nivel de contaminación.

 

COOPERACIÓN DE ESPAÑA CON PAISES EUROPEOS:

Durante la Jornada se ha podido conocer el proyecto de creación del Corredor de Hidrógeno entre España-Francia y Andorra (Iniciativa H2PiyR) que ha sido presentado por Fernando Palacín, director gerente de la Fundación Hidrógeno Aragón, una iniciativa que posibilitará la circulación de vehículos de hidrógeno por todo el territorio que forma parte del Corredor gracias a las instalación de 10 hidrogeneras.

La iniciativa cuenta con una inversión de 4 millones de euros y se configura como un factor clave para las diversas actividades económicas implicadas, además de los correspondientes impactos en movilidad sostenible, industrial y energética que supone.

Por su parte, María Jaén, directora gerente del Centro Nacional del Hidrógeno, ha dado una visión del panorama internacional en materia de hidrógeno en transporte. Según su visión, son varios los países europeos que sobresalen por sus políticas (Escandinavia, Reino Unido, Alemania, Bruselas e Italia). En esta línea ha destacado el papel de Alemania, con objetivos para 2025 que se sitúan en los 500.00 vehículos, la construcción de más de 500 hidrogeneras y la creación de 10.000 puestos de trabajo.

 

INFRAESTUCTURA EN ESPAÑA Y UTILIZACIÓN DEL H2:

Durante la Jornada se han analizado también los usos del hidrógeno en el transporte; así, Daniel Sopeña, responsable de proyectos de hidrógeno de la Fundación CIDAUT, ha destacado su papel clave en la eliminación de las emisiones en este sector, ya que solo el 38% de estas provienen del transporte público. En este sentido, ha admitido que Europa tiene un papel principal, cuenta con 67 autobuses de hidrógeno y tiene previsto alcanzar los 140 en los próximos tres años. Ha repasado los diferentes usos en barcos, submarinos, trenes, carretillas o aviones.

Juan Fernández, representante de Abengoa Innovación, ha plasmado la realidad de las hidrogeneras en España. Durante su intervención, analizó el funcionamiento de estas y ha destacado varios proyectos en Sevilla y Madrid.

Por su parte, África Castro, del departamento de Desarrollo de Negocio de H2B2, ha añadido que el hidrógeno se configura como una alternativa viable para romper con el elevado porcentaje de dependencia que tenemos con respecto a las fuentes no renovables (73%), poco viables a largo plazo. En esta línea destacó también el reducido coste final de producción de esta energía, que es en un 83% el precio de la propia electricidad empleada para su producción

Por su parte, Enrique Centeno, director de Comunicación de Toyota España, y Javier Arboleda, Service Senior Manager de Hyundai, repasaron la configuración de los vehículos de hidrógeno y presentaron las tendencias en el futuro del desarrollo de este tipo de coches. Ambos presentaron también los modelos que sus compañías han lanzado recientemente al mercado (Toyota Mirai y Hyundai ix35 Fuel Cell) y la puesta de ambas marcas por este nuevo mercado.

Para finalizar la Jornada Antonio González, vicepresidente de AeH2, ha subrayado “la importancia de la coordinación entre Administración, fabricantes, empresas privadas y otros entes el mercado para alcanzar un papel destacado en un mercado económico de gran relevancia”.

EL MOTOR DE HIDRÓGENO EN LA AUTOMOCIÓN:

Los coches eléctricos son una de las grandes alternativas para contrarrestar el elevado precio de los combustibles fósiles en el mundo de la automoción, como son la gasolina y el gasoil, pero también lo es el motor de hidrógeno.

Actualmente,  en el mercado existen muy pocos vehículos propulsados a través de un motor de hidrógeno. Pero aunque esto sea así, los fabricantes de vehículos siguen estudiando su viabilidad, por lo que cada vez hay más prototipos que montan este tipo de motores, pensados para que lleguen a la producción en un corto espacio de tiempo.

Este tipo de motores están pensados para ahorrar dinero, cuidar el planeta, ofreciendo una mayor eficiencia en el consumo. Pero como son los motores del futuro, conozcamos cuál es su funcionamiento.

¿CÓMO FUNCIONAN LOS MOTORES DE HIDRÓGENO?

Los motores de hidrógeno funcionan gracias a una reacción química que se produce, en el pasado momento en el que se crea la energía necesaria para poner en funcionamiento el vehículo.

El proceso es sencillo, en un motor de hidrógeno se combinan tanto el hidrógeno como el aire que son constantemente introducidos en el motor.

Gracias a la combinación de estos, se produce la electricidad necesaria para mover el vehículoy también el agua, que en este caso sería el equivalente a los gases de escape de un vehículo convencional.

Como hemos visto, el hidrógeno es una fuente de energía limpia, sostenible y por tanto respetuoso con el medio ambiente, puesto que las emisiones que producen es agua, en vez de CO2, que son los gases contaminante UE emiten los vehículos con motores Convencionales.

PARTES DE UN MOTOR DE HIDRÓGENO:

 

El motor de hidrógeno está compuesto de dos partes: Una primera parte sería la formada por las células de combustible o pila de combustible que hacen que se produzca electricidad a partir del hidrógeno, y la segunda parte es el motor eléctrico que hace posible el movimiento del coche.

El motor eléctrico es habitual en nuestro entorno, puesto que es usado en multitud de electrodomésticos y todo tipo de accesorios habituales en nuestra vida cotidiana, es decir, que la parte difícil del motor de hidrógeno es la primera de la que os hablábamos, la de las células de combustible.

¿QUÉ SON Y CÓMO ACTÚAN LAS CÉLULAS o pilas DE COMBUSTIBLE?

Las células de combustible o también llamadas pilas de combustible, es el elemento fundamental de un vehículo de hidrógeno, puesto que se trata del elemento de almacenamiento y transporte de la energía limpia de estos motores que no emiten ningún tipo de residuo ni gas contaminante. Su funcionamiento es bastante parecido al de una batería convencional.

Están formadas por un cátodo y un ánodo, separadas por una membrana central. Es en el momento en que el hidrógeno llega a la membrana cuando se produce una reacción química. Al producirse esta reacción química, el hidrógeno se divide en electrones cargados negativamente y en iones de hidrógeno con carga positiva.

Es entonces cuando los iones positivos se desplazan por la membrana y los electrones también lo hacen, lo que propicia una corriente eléctrica que hace que el motor se mueva. Los iones de hidrógeno al combinarse con eloxígeno acaban por formar el agua que sale por el tubo de escape.

En la actualidad las pilas de combustible tienen una muy buena eficiencia energética, son capaces de obtener 2 kilowatios por litro o kilo decombustible. Esto se ha podido conseguir gracias a la conexión en serie de hasta 200 células simples, que son de 1 voltio cada una, y que transforman las variaciones de presión en variaciones de intensidad de corriente logrando de esta manera que la potencia llegue al rotor.

La tecnología de la pila de combustible ha ido avanzando desde su descubrimiento, pero desde hace varios años los fabricantes de vehículos están apostando por esta tecnología en prototipos, mostrando de esta manera que en un futuro cercano los automóviles dispondrán de una fuente de energía alternativa. Aunque este tipo de motores son aún, pese a los avances realizados, demasiado pesados, debido a la pila de combustible.

 

Actualidad real del coche de hidrógeno.

Ya han llegado los vehículos de hidrógeno, pero no hay dónde repostar. Así es la realidad de una de las apuestas con más futuro de la industria de la automoción. 

 

El coche llega a repostar con un ronroneo alfombrado. Se detiene en la hidrogenera, frente a un dispensador que se parece bastante al surtidor de una gasolinera. La manguera de goma, de diámetro y flexibilidad similares, está reforzada porque lleva gas a presión. Solo hay que descolgarla y acoplarla a la boca del depósito del coche. ¡Clic! El conector se inserta y se gira mediante una palanca, para que la comunicación sea hermética. A partir de aquí se empieza a suministrar el hidrógeno. Los contadores de combustible y de precio echan a rodar.

Una vez terminado el repostaje giras la palanca, desacoplas el conector y lo cuelgas en el dispensador. Han sido tres minutos (cargar un vehículo eléctrico puede llevar horas) y tu coche de hidrógeno tiene combustible como para hacer unos 500 kilómetros. El precio hoy en día: 9 euros/kg de hidrógeno.

COMO CURIOSIDAD EN CUESTIÓN ECONÓMICA:

Llenar el depósito del Toyota Mirai, el primer vehículo con pila de combustible producido en serie, cuesta en torno a 45 euros. Lástima que en España solo hay cinco hidrogeneras o estaciones de hidrógeno. Una de ellas, la de Zaragoza, se abrió para la Expo de 2008 y posteriormente dejó de funcionar, convirtiendo en tierra baldía unas instalaciones que costaron cerca de dos millones de euros, según reclamaron desde Equo.

El hidrógeno es el combustible que utilizan los motores de los cohetes. "Lo llevan licuado y en los coches se lleva en depósitos a presión de 700 bares. La diferencia está en el estado físico del hidrógeno", señala Antonio Chica, investigador del CSIC y especialista en la producción de hidrógeno. "El kilo de hidrógeno tiene muchísima más densidad energética que el de gasolina. El problema es que es muy fácil tener gasolina licuada y meter ese kilo en un volumen pequeño, mientras que para conseguir meter un kilo de hidrógeno a 700 bares necesitas un depósito grande.

 

Este cohete usa hidrógeno licuado. Nasa
 

Aun así la solución de almacenamiento a 700 bares de presión es aceptable, según el investigador del CSIC, pues licuar el hidrógeno hoy por hoy saldría demasiado caro. Solo en industrias como la aeroespacial, donde los costes pierden importancia, se lo pueden permitir.

LOS COCHES YA HAN LLEGADO, EL HIDRÓGENO, NO:

El pasado año se presentó el Toyota Mirai, del que se espera que este año se produzcan 2.000 unidades, la mayoría destinadas a Japón y Estados Unidos (particularmente California, que cuenta con una amplia red de hidrogeneras). Mientras que a Europa llegarán entre 100 ó 150, repartidos entre países como Alemania, Reino Unido o Dinamarca, según apuntan desde Toyota España.

El Mirai tiene 483 kilómetros de autonomía, más que cualquier coche eléctrico en el mercado, y las características técnicas de un automóvil medio. Los clientes que lo están comprando son grandes empresas. No es el único fabricante que está trabajando con hidrógeno. Hyundai también ha construido un vehículo con pila de combustible, mientras que Honda, el grupo Daimler (Mercedes) y BMW están dedicando esfuerzos a este naciente sector.

La escasez de hidrogeneras impide ir más allá de momento. "No podemos comercializar el vehículo donde no haya una infraestructura mínima para asegurar que los usuarios puedan repostar y utilizarlo", indica Enrique Centeno, portavoz de Toyota España. Una de las cuatro estaciones de hidrógeno operativas en España es la del fabricante de piezas de automoción Ajusa, en Albacete, donde suministran hidrógeno a 350 bares de presión, aunque las instalaciones están preparadas para actualizarse a 700 bares si es necesario.

Ajusa

 

El combustible llega a la estación de Ajusa en forma de botellones de 50 litros, donde el gas se encuentra a 200 bares de presión. "Dentro de la hidrogenera hay unos compresores que elevan la presión del hidrógeno y unos tanques donde se almacena a alta presión (350 bares)", explica José Manuel Gregorio, responsable de tecnologías de hidrógeno en Ajusa. También se puede transportar en camiones cisterna, incluso podrían plantearse la construcción de gasoductos, aunque esto último solo se justificaría en base a una economía del hidrógeno.

"Los costes de construir una hidrogenera están entre 500.000 y un millón de euros", revela Gregorio. Una cifra que podría equipararse con los costes que tiene una gasolinera. "El problema es que el modelo de negocio no sale, porque no tienes a quien venderle hidrógeno", comenta Centeno, de Toyota. "Por eso creo que la única solución es una colaboración público-privada", añade, haciendo referencia a la necesidad de subvenciones estatales para favorecer al hidrógeno como combustible.

LOS OTROS RETOS:

El hidrógeno no se encuentra en la naturaleza como fuente de energía sino que es un vector energético. "Una energía primaria, de origen renovable o de origen fósil, la conviertes en hidrógeno. Este hidrógeno almacena esta energía para luego, cuando a ti te interese, transformarla en energía eléctrica", aclara.

El combustible se obtiene de dos formas. Una es su extracción a partir del gas natural y la otra mediante la electrólisis del agua, que permite que el ciclo de producción sea completamente renovable y limpio si para separar los átomos de hidrógeno y oxígeno se emplean energías renovables. Aun así, el problema es que para obtener combustible que almacene 12.000 Wh de energía hay que gastarse 12.000 Wh en crearlo.

Una cuestión menor es la de los riesgos, que parecen estar bajo control. El hidrógeno tiene mala fama desde el famoso accidente del dirigible Hindenburg. En 1937 este coloso de 245 metros de largo se incendió durante la maniobra de aterrizaje y la culpa se la llevó el hidrógeno, que llenaba sus bolsas de aire. Sin embargo, investigaciones posteriores concluyeron que el fuego se prendió debido a las fibras sintéticas del dirigible ardían fácilmente.

"El hidrógeno, en cuanto encuentra un huequecito, se va porque es muy ligero. Y si forma llama esta es muy rápida y de baja energía", apunta Chica, del CSIC. En un automóvil, al ser chapa lo que está alrededor, a la llama que pueda salir del hidrógeno no le da tiempo a prender. En una serie de estudios la Universidad de Miami determinó que el riesgo de incendio era mayor en los coches de gasolina.

Un último desafío: el platino. Este material es caro y escaso, mucho. Y se utiliza en las pilas de combustible de hidrógeno. "Hay que desarrollar pilas de combustible donde las cantidades de platino sean mucho menores, o bien, otros metales alternativos que funcionen de igual manera", sugiere Chica, sin olvidarse del reciclaje. Aún queda pendiente saber cómo se va a extraer de la pila de combustible todos los elementos que tengan valor, incluido el platino, claro.

 

 

 

CONCLUSIÓN TRAS ANALIZAR Y ESCUCHAR A LOS GRANDES FABRICANTES DE AUTOMOCIÓN A NIVEL MUNDIAL:

 

“Ni baterías ni gasolina, el futuro del coche está en el hidrógeno”

 

La panacea del coche eléctrico se retrasa en el mercado y los grandes fabricantes como Mercedes, Ford y Nissan, por un lado, y Toyota y BMW, por otro, se alían para investigar alternativas más plausibles de aquí a quince años.

La búsqueda de El Dorado de los fabricantes de automóviles toma un nuevo rumbo. El coche eléctrico con batería de ion-litio cede terreno a la pila de hidrógeno. Este sistema de generación de energía, totalmente limpio, podría convertirse en la bestia negra de la industria petrolera y la solución ecológica y económica que demandan los consumidores.

Los grandes grupos están trabajando en varias líneas de investigación en movilidad sostenible. Por un lado, la producción de motores más eficientes y estructuras más ligeras, que permiten a los vehículos consumir menos gasolina y emitir menos dióxido de carbono (CO2).

Por otro lado, "existen los coches eléctricos y los híbridos. Pero el sistema más limpio del futuro es la pila de combustible de hidrógeno. Aunque esta tecnología es la más retrasada", dice Francisco Roger, socio de Automoción de KPMG en España.

"Los coches de pila de combustible están impulsados por electricidad producida a partir de hidrógeno y oxígeno [el proceso sólo genera vapor de agua y calor]. Es parecido a un modelo eléctrico pero en lugar de una batería de litio, que es muy contaminante y difícil de reciclar, utiliza una pila de hidrógeno, que es libre y está en el aire", firma Roger.

"Es una tecnología complicada que requiere mucha inversión e investigación. Su madurez no llegará hasta dentro de quince años, por lo menos", aclara Roger, que añade que "las necesidades de inversión han provocado grandes alianzas de fabricantes".

Las marcas unen fuerzas para maximizar las inversiones en pilas de hidrógeno, porque "la visión de que el eléctrico era el futuro ya está pasada. La realidad no es tan bonita como se planteó y los plazos e inversiones se van a alargar mucho, hasta que los coches sean competitivos, rentables y comercializables", comenta Roger.

La última alianza ha sido a tres bandas entre la alemana Daimler (Mercedes), la norteamericana Ford y la japonesa Nissan. Los tres socios quieren desarrollar un sistema de célula de combustible común, que pueda ser adaptado para que cada uno lance sus propios vehículos, sin emitir CO2. Cada compañía (acumulan más de sesenta años de I+D en este campo), realizará una inversión equivalente en el proyecto.

La estrategia tiene como objetivo dotar a los modelos de cada marca de una tecnología común que les permita comercializar vehículos de pila de combustible más asequibles y a gran escala en 2017, popularizando esta tecnología. Daimler calcula que los tres grupos podrían alcanzar unas ventas de seis dígitos, aunque sin concretar cifras.

Daimler, Ford y Nissan afirman que esta colaboración envía una señal a proveedores, reguladores y al resto de la industria para impulsar un mayor desarrollo de estaciones de recarga de hidrógeno y otras infraestructuras necesarias para que este tipo de vehículos pueda venderse de forma masiva.

La japonesa Toyota y la alemana BMW también han sellado un acuerdo similar. Ambos grupos, que ya colaborarán en otros campos de movilidad respetuosa con el medio ambiente, extienden esa colaboración a la pila de combustible y a las baterías de litio-aire.

Ambas compartirán sus tecnologías y desarrollarán de forma conjunta un sistema de pila de combustible para vehículos que comprenda también un depósito de hidrógeno, un motor y una batería.

Toyota, que lidera la tecnología híbrida en el mundo, y BMW, se han fijado el año 2020 como plazo para avanzar con el hidrógeno. Además, investigarán para desarrollar una batería de litio-aire con una densidad energética muy superior a la de las actuales de ion-litio.

          Pedro Flores