Pilas de combustible de hidrógeno: todas sus preguntas respondidas

Pilas de combustible de hidrógeno: todas sus preguntas respondidas

Pilas de combustible de hidrógeno: todas sus preguntas respondidas

Lars Mårtensson trabaja como Director de Medio Ambiente e Innovación en Volvo Trucks.

Hay muchos rumores en torno al hidrógeno y si podría reemplazar al diésel en el futuro. Pero, ¿Cómo funciona la tecnología? ¿Cuáles son los pros y los contras del hidrógeno? ¿Cómo se compara con los camiones eléctricos? Aquí están las respuestas a algunas de las preguntas más comunes sobre las pilas de combustible de hidrógeno.

¿Qué es el hidrógeno y por qué hay tanto entusiasmo al respecto?

El hidrógeno es un elemento químico que forma parte de muchos compuestos naturales, incluida el agua. El hidrógeno (H 2 ) utilizado en los vehículos es un gas inodoro y se produce normalmente mediante la extracción de hidrógeno a partir de agua o gas natural.

Aunque puede que haya mucha publicidad hoy, la tecnología del hidrógeno no es nada nuevo. De hecho, el hidrógeno se ha utilizado durante mucho tiempo para impulsar naves espaciales. Pero estamos viendo un interés renovado gracias a un impulso para descarbonizar la industria del transporte, la caída del costo de las energías renovables y estrategias más detalladas de los gobiernos de todo el mundo para desarrollar aún más la tecnología.

¿Cómo se produce el combustible de hidrógeno?

El reformado de metano con vapor , o SMR, es el método más común para producir hidrógeno a gran escala industrial. En este proceso, el metano en  gas natural  reacciona con el vapor, produciendo hidrógeno y monóxido de carbono. El monóxido de carbono sufre más reacciones, generando más hidrógeno. El hidrógeno también puede provenir del agua a través de un proceso llamado  electrólisis  en el que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno con electricidad.

También existen otras fuentes de hidrógeno como la  gasificación de biomasa —donde la materia vegetal se calienta y reacciona para producir hidrógeno y dióxido de carbono— y la  fermentación , donde ciertos tipos de bacterias generan hidrógeno como parte de su metabolismo. El hidrógeno también se puede producir al dividir el agua en células solares sumergidas en agua.  

¿Cómo se distribuye el combustible de hidrógeno?

Aunque es posible distribuir hidrógeno a través de tuberías que se utilizan para gas natural, la mayor parte del hidrógeno que se utiliza como combustible en la actualidad se produce en grandes plantas y luego se transporta con remolques especiales de hidrógeno líquido. El hidrógeno también se puede generar en las estaciones de servicio mediante SMR o electrólisis. Pero este enfoque es generalmente menos efectivo y costoso.

¿Cómo funciona una pila de combustible de hidrógeno?

Un vehículo de celda de combustible funciona un poco como un motor de combustión interna, excepto que el sistema no quema el hidrógeno que extrae de un tanque presurizado, sino que lo fusiona con oxígeno para producir electricidad para alimentar un motor eléctrico. El proceso se lleva a cabo en una pila de combustible PEM (membrana de electrolito polimérico) formada por conjuntos de placas delgadas, separadas por membranas.

Pila de combustible de hidrógeno

¿Cómo se utiliza el hidrógeno en los camiones?

El hidrógeno se puede utilizar para alimentar un motor de combustión interna, que es similar a un motor de gas natural comprimido (GNC). Otra solución es usar hidrógeno en una celda de combustible donde genera electricidad para impulsar el vehículo. El hidrógeno también se puede utilizar como pila de combustible auxiliar para ampliar el alcance en un vehículo eléctrico alimentado por batería.

¿Cuáles son algunas de las ventajas del combustible de hidrógeno?

Cuando se utiliza hidrógeno para alimentar una pila de combustible, los únicos subproductos son el agua y el calor, sin contaminantes ni gases de efecto invernadero. Dependiendo de cómo se produzca el hidrógeno, puede ser una alternativa extremadamente limpia al diésel. El hidrógeno también tiene un gran impacto: ¡80 kg de hidrógeno pueden proporcionar suficiente energía para que un camión recorra 800 km! El proceso de repostaje para vehículos de hidrógeno también es rápido y sencillo.

La propulsión en los vehículos de pila de combustible de hidrógeno es eléctrica. Esto significa que la experiencia de conducción se siente similar a la conducción de un camión eléctrico; sin ruido de motor, arranque rápido y posibilidad de recuperar energía de frenado.

¿Cuáles son algunas de las desventajas del combustible de hidrógeno ?

El hidrógeno es muy reactivo, por lo que tiende a erosionar otros materiales y también es altamente inflamable, factores que lo hacen difícil y costoso de transportar. Otro problema importante es la falta y el alto costo de construir infraestructura de hidrógeno. Hoy en día solo hay 337 estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo , la mayoría en Alemania y Japón. Aunque se ha demostrado que la infraestructura de GNC existente se puede utilizar para transportar y almacenar hidrógeno, esta no es una buena solución para las pilas de combustible que deben funcionar con hidrógeno muy limpio.

Las pilas de combustible de hidrógeno también son caras de fabricar, ya que la producción es todavía pequeña e implica procesos manuales. Otro componente clave del costo es el tanque de hidrógeno, que es grande y ocupa mucho espacio. Finalmente, está el costo del combustible de hidrógeno que es significativamente más alto que el diesel.

¿Qué tan respetuoso con el medio ambiente es el hidrógeno?

Cuando el hidrógeno reacciona con el oxígeno en una celda de combustible, la única salida es agua. Por lo tanto, cuando un camión funciona con una celda de combustible, no hay emisiones dañinas del tubo de escape. Pero cualquier medida del impacto climático también debe tener en cuenta el proceso de producción de hidrógeno, que consume mucha energía. La mayor parte del hidrógeno actual se produce mediante carbón o gas natural . Pero si la electricidad utilizada para la producción proviene de fuentes de energía renovables, el combustible de hidrógeno puede tener una huella de carbono casi neutra (esto se conoce como ‘hidrógeno verde’). Otra forma de reducir la huella de hidrógeno es el almacenamiento de captura de carbono (CCS), que es el proceso mediante el cual las emisiones de CO2 de SMR se capturan, transportan y secuestran permanentemente a gran profundidad.

Camiones de hidrógeno y camiones eléctricos, ¿cómo se comparan?

Para que cualquier alternativa al diésel tenga éxito, debe ofrecer una clara ventaja en cuanto a coste, alcance y disponibilidad de la infraestructura. Así es como las celdas de combustible de hidrógeno se comparan con los vehículos eléctricos:

Costo : tanto las pilas de combustible de hidrógeno como las baterías de iones de litio son más caras que el diésel. Sin embargo, el costo de las baterías de iones de litio está bajando rápidamente. Bloomberg predice que el punto de cruce , cuando los vehículos eléctricos se vuelven más baratos que sus equivalentes de motores de combustión, podría ser tan pronto como en 2022. Debido a que el desarrollo y despliegue de vehículos de hidrógeno ha sido limitado, es difícil medir ganancias similares.

Alcance : las celdas de combustible de hidrógeno tienen una mayor densidad de energía que las baterías y, por lo tanto, proporcionan un mayor alcance a un vehículo. De hecho, la relación energía / peso de un tanque de hidrógeno a 700 bar es diez veces mayor que la de una batería. Las pilas de combustible de hidrógeno también son más ligeras que las baterías, lo que significa que los vehículos de hidrógeno pueden gestionar una carga útil mayor.

Infraestructura: el desarrollo y la producción de baterías de iones de litio ha progresado mucho más que las pilas de combustible de hidrógeno. Los camiones eléctricos han demostrado ser comercialmente viables, especialmente en el transporte urbano. La infraestructura de abastecimiento de combustible para vehículos eléctricos también ha avanzado mucho. En los Estados Unidos, por ejemplo, había 20.000 estaciones de carga eléctrica en 2018 y menos de 45 estaciones de recarga de hidrógeno. 

¿Reemplazará el hidrógeno a los camiones diesel o eléctricos?

El hidrógeno está ganando mucho impulso. La mayoría de las principales empresas de automóviles y camiones, incluida Volvo Trucks, están investigando, trabajando en soluciones y formando asociaciones para desarrollar la tecnología. Pero no es solo la industria automotriz la que se está dando cuenta del potencial del hidrógeno.

Con la creciente preocupación por el cambio climático y las demandas de una ‘recuperación verde’ del COVID-19, los gobiernos están mostrando un mayor interés (¡e inversión!) En el hidrógeno. El pasado mes de mayo, la UE reveló un plan de recuperación de 750.000 millones de euros para financiar el transporte y las industrias ecológicas. El plan, que se centra en el Acuerdo Verde Europeo , destaca el hidrógeno como una prioridad con planes para desarrollar la tecnología a través de una agenda de inversión y libre comercio transfronterizo de hidrógeno. A principios de este año también se anunció una Alianza Europea de Hidrógeno Limpio que reúne a inversores con socios gubernamentales, institucionales e industriales.

Aunque todos estos desarrollos hablan bien del futuro del hidrógeno en el transporte por carretera, todavía existen muchos obstáculos para que pueda hacer una contribución climática o económica significativa. Sin embargo, un área donde el hidrógeno es muy prometedor es en el transporte pesado y exigente de largo recorrido, donde se puede usar para alimentar una línea de transmisión eléctrica. Esto significa que, en lugar de reemplazar los camiones eléctricos, que son más adecuados para la distribución y el transporte regional, ambas tecnologías pueden trabajar juntas para construir un sistema de transporte más sostenible.

Sobre la cuestión de si el hidrógeno podría reemplazar al motor diesel; El impulso por un transporte más sostenible significa que el hidrógeno probablemente sustituirá a algunos vehículos diésel. En particular, si existe un caso comercial claro y una ventaja competitiva para hacerlo.

Combustibles alternativos: evaluación de los pros y los contras

Pilas de combustible de hidrógeno, camiones eléctricos, biocombustibles, bio-GNL… la lista de diferentes alternativas al diésel parece ir en aumento. Como operador de transporte, puede resultar difícil comprender y navegar por el panorama de los combustibles alternativos. Para ayudarlo, he preparado una guía que brinda una descripción general de cómo funciona cada tecnología y los pros y los contras que conlleva. 

Foto de archivo

 

 

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