¿Es posible conducir un automóvil eléctrico y solo tener que hacer una breve parada para recargar? Por supuesto que sí, gracias a los automóviles a hidrógeno como el BMW iX5 Hydrogen. Pero ¿cómo funciona exactamente un automóvil de este tipo? ¿Qué es una celda de combustible? ¿Cuáles son las ventajas de esta tecnología y qué desafíos enfrenta? A continuación, respondemos las preguntas clave para usted.
Los vehículos eléctricos son menos contaminantes, producen menos ruido y brindan la misma satisfacción al conducir. Cuando hablamos de movilidad eléctrica, la mayoría de las personas automáticamente piensan en autos con enormes baterías que se cargan desde un enchufe en la pared. Sin embargo, los expertos en transporte también tienen grandes expectativas en relación a otra tecnología de propulsión emocionante: una alternativa libre de emisiones y sin largos tiempos de carga. En concreto, esto se refiere a motores eléctricos que obtienen su energía a partir del hidrógeno, utilizando celdas de combustible.
¿Cómo funciona un vehículo a hidrógeno?
Los vehículos de hidrógeno con celdas de combustible funcionan con un motor eléctrico, por lo que se consideran coches eléctricos. Se les conoce comúnmente por sus siglas en inglés, FCEV, que corresponden a “Fuel Cell Electric Vehicle” o Vehículo Eléctrico de Celda de Combustible, en contraposición a los vehículos eléctricos que funcionan con baterías, conocidos como BEV (Battery Electric Vehicles o Vehículos Eléctricos a Batería).
Es relevante mencionar que el BMW Group posee varias décadas de experiencia en la investigación de vehículos que emplean hidrógeno como fuente de energía. Recientemente, con el progreso de la tecnología para los BEV, se ha transitado de usar el hidrógeno como combustible en motores de combustión interna a su uso en la generación de electricidad mediante celdas de combustible.
Los vehículos a hidrógeno se diferencian de otros eléctricos en que generan su propia electricidad. A diferencia de los vehículos eléctricos puros o híbridos enchufables, cuya energía proviene de una batería que se carga externamente, los coches a hidrógeno tienen su propia central eléctrica eficiente a bordo. Esta central, la celda de combustible, transforma el hidrógeno almacenado en electricidad.
En la celda de combustible ocurre un proceso llamado electrólisis inversa, donde el hidrógeno reacciona con el oxígeno atmosférico. Los únicos subproductos de esta reacción son electricidad, calor y agua, esta última se expulsa como vapor por el escape, sin emisiones dañinas ni gases de efecto invernadero.
La electricidad producida en la celda de combustible se dirige al motor eléctrico para mover el vehículo o a una batería secundaria que sirve como almacenamiento temporal de energía para la conducción. Esta batería es mucho más pequeña y ligera que la de un coche eléctrico completo y se recarga continuamente gracias a la celda de combustible.
Como otros coches eléctricos, los vehículos a hidrógeno también pueden recuperar la energía de frenado. En este proceso, el motor eléctrico se convierte en un generador al desacelerar y convierte la energía cinética del coche de nuevo en energía eléctrica, alimentando a la batería intermedia.
Las ventajas y el potencial de los coches a hidrógeno.
Los automóviles de hidrógeno funcionan exclusivamente con electricidad y operan sin emisiones locales. Por ende, ofrecen una experiencia de conducción comparable a la de los vehículos eléctricos, caracterizada por una aceleración excelente y casi silenciosa, dado que los motores eléctricos entregan su torque máximo desde velocidades bajas.
La ventaja principal y su mayor competitividad radican en el breve tiempo de recarga. Contrario al tiempo de carga de los vehículos eléctricos, que varía según el modelo y la infraestructura, llenar el tanque de hidrógeno de un BMW iX5 Hydrogen (parte de una flota de prueba) toma solo de tres a cuatro minutos. Esto equipara la disponibilidad y flexibilidad del vehículo con las de un automóvil de gasolina o diésel.
Los vehículos de hidrógeno con pilas de combustible ofrecen una autonomía comparable a la de los coches eléctricos con baterías de gran capacidad. Un solo llenado de hidrógeno en el BMW iX5 Hydrogen alcanza para 504 kilómetros según el ciclo WLTP. Además, la autonomía de estos vehículos no se ve afectada por la temperatura ambiente, por lo que permanece estable incluso en condiciones climáticas extremas.
Los coches a hidrógeno con celdas de combustible pueden ayudar también a im.pulsar la infraestructura sobre una base más amplia para satisfacer la creciente demanda de estaciones de carga eléctrica para todos los BEVs. El hidrógeno también es una de las formas más eficientes de almacenar y transportar energía renovable, por lo que juega un papel importante en el futuro suministro de energía.
Los FCEVs utilizan el mismo impulso eléctrico que los BEVs, pero difieren en la forma en que almacenan energía. Esto significa que la comercialización de coches a hidrógeno beneficia tanto a las tecnologías de celdas de combustible como a las de baterías por igual, generando economías de escala que reducirán los costos para todos a largo plazo.
Potencial de crecimiento.
El hidrógeno gaseoso se distribuye mediante bombas especializadas, y esta infraestructura está en constante crecimiento a nivel mundial. Investigaciones en Alemania indican que una infraestructura combinada de estaciones de carga eléctrica y de hidrógeno es generalmente más económica que una exclusivamente eléctrica. Fabricantes de automóviles como BMW, en colaboración con productores de hidrógeno y operadores de estaciones, han impulsado la expansión de esta infraestructura a través de la iniciativa Clean Energy Partnership. H2 MOBILITY es responsable de la planificación y operación de las estaciones de hidrógeno en Alemania.
¿Cuánto cuestan los coches a hidrógeno y por qué?
Los pocos modelos impulsados por celdas de combustible que ya están disponibles en el mercado todavía cuestan más que los coches eléctricos comparables con baterías o motores de combustión interna.
Hay varias razones por las cuales los coches a hidrógeno son actualmente más caros. La industrialización en la producción aún no está completamente desarrollada y la demanda de platino también juega un papel. Este metal precioso actúa como un catalizador en la generación de electricidad. Sin embargo, la cantidad de platino necesaria para las celdas de combustible automotrices se ha reducido considerablemente; además, el platino recuperado a través del reciclaje de convertidores catalíticos también está regresando cada vez más al ciclo de materiales. Los bajos volúmenes de producción también son un factor que aumenta el costo, aunque de forma temporal. La tecnología de hidrógeno es muy similar en la forma en que se utiliza para muchas aplicaciones, por ejemplo, vehículos comerciales, trenes, aviones o incluso soluciones de ubicación fija, por lo que se puede asumir que los volúmenes de producción aumentados producirán beneficios. También es significativo que hay menos dependencia de materias primas que con los BEVs.
Además de los costos de adquisición, los costos operativos juegan un papel importante en la rentabilidad y la aceptación de una tecnología de movilidad. En el caso de un coche a hidrógeno, estos dependen no menos del precio del combustible. Un kilogramo de hidrógeno cuesta actualmente alrededor de 14 euros. Un coche de celda de combustible puede recorrer unos 100 kilómetros con un kilogramo de hidrógeno. Esto hace que el costo por kilómetro de un coche de hidrógeno actualmente sea aproximadamente el mismo que para los vehículos de combustión. Si la producción de hidrógeno aumenta a nivel mundial, como se prevé actualmente, el precio por kilogramo en Alemania podría caer razonablemente a alrededor de 4 a 6 euros para 2030.
¿Qué tan ecológicos y sostenibles son los vehículos a hidrógeno?
Un coche que solo utilice energías regenerativas y no genere emisiones nocivas sería ideal desde un punto de vista ecológico. ¿Qué tan cerca está el coche de celda de combustible de alcanzar este ideal en comparación con otros tipos de propulsión?
Por ley, los vehículos de energías alternativas deben estar diseñados para reducir la emisión de contaminantes, en particular el CO2 perjudicial para el clima, pero también otros gases nocivos para la salud, como los óxidos de nitrógeno. Los gases de escape de un coche a hidrógeno consisten en vapor de agua puro. Por lo tanto, la movilidad basada en celdas de combustible es localmente libre de emisiones. Esto significa que mantiene el aire en las ciudades limpio.
El hidrogeno en automóviles ¿Protege al mismo tiempo el clima?
Eso depende de cómo se produjo el hidrógeno. La producción de hidrógeno requiere energía eléctrica. En el proceso de electrólisis, la energía eléctrica descompone el agua en suscomponentes separados de hidrógeno y oxígeno. Si la electricidad utilizada proviene de energías renovables, la producción de hidrógeno tiene una huella de carbono neutra. Si, por otro lado, se utilizan combustibles fósiles, esto finalmente tiene un impacto adverso en la huella climática de un coche de hidrógeno. Qué tan fuerte es este impacto depende de la mezcla de energía utilizada. En este sentido, el coche a hidrógeno no es diferente de otros vehículos eléctricos.
Una desventaja de la producción de hidrógeno es cuánto se pierde durante la electrólisis. La eficiencia de toda la cadena energética, desde la producción de la electricidad hasta la operación del vehículo, es actualmente solo la mitad de la de un BEV. Aunque si se considera todo el ciclo de vida de los FCEV y los BEV, no están muy lejos.
Sin embargo, el hidrógeno se puede producir en momentos en que hay un excedente de electricidad de fuentes de energía renovable, cuando la energía eólica o solar que se está produciendo excede la movilidad demanda. El potencial para esto es enorme. El hidrógeno también es un subproducto en numerosos procesos industriales, y con demasiada frecuencia se trata como un desperdicio, es decir, no se le da ningún uso adicional. La movilidad basada en celdas de combustible ofrece una manera de mejorar la utilización del hidrógeno que de otra forma no se aprovecha. En el caso de la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, también existe la oportunidad de almacenar el CO2 resultante (“captura y almacenamiento de carbono”) o incluso utilizarlo (“captura y utilización de carbono”) – a este hidrógeno se le llama hidrógeno “azul”.
El balance energético de los coches de celda de combustible también incluye el transporte y almacenamiento del hidrógeno. Dependiendo de la tecnología de transporte utilizada (líquido vs. gaseoso), surgen diferentes costos para la compresión, enfriamiento, transporte y almacenamiento. Sin embargo, aún es mucho más complejo y requiere más energía transportar y almacenar el hidrógeno que la gasolina o el diésel. En contraste con los combustibles fósiles, sin embargo, el hidrógeno se puede producir en cualquier lugar donde haya acceso a electricidad y agua, incluso directamente en las estaciones de servicio, como muestran ejemplos en Amberes (Bélgica) y Fürholzen (Alemania). Las distancias de transporte podrían acortarse significativamente en el futuro a medida que la infraestructura se expanda aún más.
En conclusión, la movilidad basada en hidrógeno tiene el potencial de ser ecológicamente sostenible. Sin embargo, esto depende específicamente del uso de energías renovables en la producción de hidrógeno y de la expansión de la infraestructura para lograr rutas de transporte más cortas.
¿Existen riesgos asociados con los vehículos a hidrógeno?
¿Qué sucede cuando el hidrógeno reacciona de manera incontrolable con el oxígeno? Como muchos saben por las clases de química: ocurre una reacción química que genera Oxihidrógeno. Esto significa que el hidrógeno es inflamable. Para evitar que el hidrógeno y el oxígeno reaccionen fuera de control durante la operación de un coche de celda de combustible, el hidrógeno en el vehículo se almacena en forma gaseosa en tanques de paredes gruesas, que son particularmente seguros. Numerosas pruebas de choque han validado la seguridad de este diseño: los tanques no sufrieron daños y no se filtró hidrógeno.
La tecnología del hidrógeno no es nueva, está probada y comprobada en una variedad de áreas. Las refinerías, por ejemplo, ya utilizan grandes cantidades de hidrógeno como gas de proceso al procesar petróleo crudo. Los oleoductos y las instalaciones de almacenamiento de hidrógeno también han estado en funcionamiento durante décadas. Como siempre con BMW: la seguridad es nuestra máxima prioridad. Los vehículos a hidrógeno cumplen con los mismos altos estándares de seguridad que todos los vehículos de BMW Group.
¿Qué rol jugarán los coches a hidrógeno en el futuro?
BMW está convencido de que el hidrógeno puede hacer una contribución cada vez más importante a la movilidad sostenible, complementando los vehículos impulsados por baterías, siempre que se disponga de la infraestructura de hidrógeno adecuada y precios competitivos para el gas y para los vehículos. Cuando esto suceda, los FCEV pueden ser la tecnología de cero emisiones que permita a los usuarios disfrutar de una flexibilidad como la que disfrutan en los modelos con motor de combustión.
Es importante señalar: BMW Group ve a los FCEV como un complemento de los coches eléctricos impulsados por batería, no como un competidor. En especial, los FCEV serán una solución adecuada para conductores que recorren grandes distancias y necesitan alta flexibilidad. BMW Group también está investigando la utilización de la tecnología de hidrógeno para producción y logística.
El Hydrogen Council, una iniciativa global de miembros de compañías líderes en energía, transporte e industria, también comparte nuestra visión. El Hydrogen Council ve al hidrógeno no solo como un impulso sostenible para vehículos en el futuro, sino también como una fuente de energía limpia para calefacción, electricidad e industria.
Según un informe de la AIE (Agencia Internacional de Energía), el hidrógeno tiene un gran potencial como portador de energía del futuro en el contexto de las actividades globales para la transición energética. Su capacidad de almacenamiento y transporte hace que el hidrógeno sea adecuado para su uso en una amplia variedad de aplicaciones.
Cada conductor tiene diferentes necesidades y aspiraciones para su movilidad. Oliver Zipse, Presidente del Consejo de Administración de BMW AG, lo expresa de esta manera: “Para nosotros, la pregunta central es: ¿Qué tipos de vehículos y que tecnologías querrán nuestros clientes en el futuro? ¿Y cómo logramos el mejor resultado para el clima en esta transición?” La respuesta de BMW Group es la apertura tecnológica a múltiples conceptos de propulsión, y el hidrógeno desempeñará un papel clave 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. El hidrógeno es la pieza del rompecabezas que falta para una movilidad libre de emisiones; después de todo, ninguna tecnología será suficiente por sí misma para lograr la movilidad carbono-neutral a nivel mundial”, dice Zipse.
