Corre con menos con las pilas de combustible de hidrógeno
- Patrick Molloy
Publicado originalmente en ACT news.
Aunque los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV) existen desde la década de 1960, han surgido recientemente como una solución potencial para descarbonizar el transporte pesado. Nikola Motors acaba de anunciar que ha conseguido 1.000 millones de dólares de financiación para su tecnología de vehículos de hidrógeno, añadiendo algunos nuevos socios importantes, como CNHI y Bosch. A principios de este año, la compañía también lanzó una atrevida hoja de ruta para 700 estaciones de servicio en todo el país y aseguró una asociación de 800 vehículos con Anheuser-Busch para ayudar a descarbonizar su flota de mercancías. ¿Qué hace que los FCEV sean una buena opción para descarbonizar el transporte pesado? Examinemos las similitudes, las ventajas y los retos de los FCEV en comparación con los camiones convencionales de combustión interna.
Es lo mismo, pero mejor
Una de las ventajas de los FCEV es que el hidrógeno utiliza una infraestructura de abastecimiento de combustible similar a la de los camiones convencionales. Esto significa que los FCEV podrían repostar en las paradas de camiones existentes en todo el país y la experiencia de repostaje sería similar. Un camión puede llenarse de hidrógeno en menos de 15 minutos y el proceso de repostaje de un FCEV es similar al de un camión diésel; el gas hidrógeno se bombea en el depósito del vehículo mediante un surtidor y una boquilla similares a los de un surtidor diésel tradicional.
Otra ventaja es la densidad energética del hidrógeno. El gasóleo tiene una densidad energética de 45,5 megajulios por kilo (MJ/kg), ligeramente inferior a la de la gasolina, que tiene una densidad energética de 45,8 MJ/kg. En cambio, el hidrógeno tiene una densidad energética de aproximadamente 120 MJ/kg, casi tres veces más que el gasóleo o la gasolina. En términos eléctricos, la densidad energética del hidrógeno equivale a 33,6 kWh de energía utilizable por kg, frente al gasóleo, que sólo tiene unos 12-14 kWh por kg. Esto significa que 1 kg de hidrógeno, utilizado en una pila de combustible para alimentar un motor eléctrico, contiene aproximadamente la misma energía que un galón de gasóleo. Teniendo esto en cuenta, Nikola afirma que sus vehículos pueden obtener entre 12 y 15 mpg equivalentes, muy por encima de la media nacional para un camión diesel, que es de alrededor de 6,4 mpg.
Las transmisiones eléctricas también son más eficientes que los motores de combustión interna. Con un motor de combustión interna, aproximadamente el 50% de la energía generada se transfiere al calor, pero las transmisiones eléctricas sólo pierden el 10% de su energía en calor. Esta diferencia de eficiencia muestra cuánto pierden los consumidores con los motores de combustión interna menos eficientes.
El precio es otro atributo atractivo del hidrógeno. Los precios del gasóleo se acercan actualmente a los 3 dólares por galón, y con la reciente reducción de la producción de petróleo de Arabia Saudí, es razonable esperar que el precio del gasóleo siga aumentando. Pero en el ámbito del hidrógeno, un análisis reciente de Bloomberg New Energy Finance sugiere que el precio de producción del hidrógeno por kilo podría ser tan bajo como 1,40 dólares por kilo en una década.
Cuando se trata de transporte pesado, el peso importa. Los FCEV ofrecen el mismo par motor que los vehículos eléctricos de batería, pero con un peso menor. Un ejemplo es la diferencia de peso estimada entre el Lion 8 de batería eléctrica y el Nikola One de pila de combustible de hidrógeno; el Lion 8 tiene un paquete de baterías de 480 kWh con una autonomía de 250 millas, lo que equivale a unas 2-5 toneladas. Se calcula que el Nikola One, con una autonomía de unos 800-700 kilómetros, tiene un paquete de baterías de 250 kWh, que probablemente pesaría entre 2,5 y 3 toneladas.
Teniendo en cuenta estos factores, existe una clara vía para que el hidrógeno sea un combustible alternativo de bajo carbono, bajo coste y bajo peso para los camiones pesados. Sin embargo, los camiones FCEV no están exentos de desafíos.
No es fácil ser verde
Aunque el gas hidrógeno no tiene color ni olor, para apoyar la descarbonización del transporte pesado necesitaremos hidrógeno verde y mucho. El hidrógeno verde, también llamado hidrógeno renovable, es el hidrógeno que se fabrica utilizando únicamente energía renovable, normalmente a través del proceso de electrólisis. La electrólisis del agua utiliza la electricidad para separar el agua en hidrógeno gaseoso (H2) y oxígeno (O2), convirtiendo la energía eléctrica en energía química. Todavía hay dudas sobre la rapidez con la que se puede ampliar la producción de hidrógeno verde; la capacidad de fabricación de electrolizadores sólo está empezando a aumentar de forma significativa.
Los principales retos del hidrógeno se reducen al transporte y al almacenamiento. El hidrógeno se produce en forma gaseosa y es necesario almacenarlo a presión o licuarlo directamente. Ambos procesos requieren energía adicional, que puede proceder o no de fuentes renovables. Existen métodos emergentes que utilizan enlaces químicos (normalmente denominados portadores de hidrógeno orgánico líquido) o amoníaco para transportar el hidrógeno en un estado estable. Estos métodos no requieren presión ni licuación criogénica y, por tanto, requieren menos energía para transportar y almacenar el hidrógeno. Sin embargo, la tecnología está todavía en una fase relativamente temprana de desarrollo y no está preparada para su adopción a gran escala.
Otra solución a los problemas de transporte y almacenamiento ha sido centrarse en la producción localizada. Nikola se ha asociado con Nel y Bosch para ofrecer una red de estaciones locales de producción de hidrógeno que utilizan fuentes de energía renovables y electrolizadores, eliminando así la cadena logística del suministro convencional de gasóleo y gasolina. En el futuro, también podríamos utilizar potencialmente la infraestructura de gas natural para transportar el hidrógeno, reduciendo la necesidad de desarrollar grandes infraestructuras. Esto también podría ofrecer un medio para suministrar hidrógeno desde centros de producción centrales en lugar de construcciones localizadas.
Otro inconveniente del hidrógeno es la autonomía. Según Nikola, la autonomía de un camión de pila de combustible es de 500-750 millas, dependiendo de la carga y el terreno; los camiones Toyota Kenworth FCEV tienen una autonomía de unas 300 millas. Esto palidece en comparación con los camiones diésel, que pueden recorrer más de 1.000 millas sin repostar. Sin embargo, dado que los conductores se limitan a 800 km al día, este factor puede no suponer un trastorno significativo para la práctica habitual.
¿Qué tan pronto es ahora?
Aunque hay desafíos, el momento del hidrógeno es ahora, y he aquí por qué:
Estamos viendo un aumento de la presión normativa y de la demanda de la industria. La Unión Europea se ha comprometido a eliminar los vehículos de gasolina y diésel para 2030. Al mismo tiempo, las normas sobre combustibles limpios y las inversiones asociadas en California y Canadá están creando la base política para el cambio. Hyundai prevé la producción de hasta 700.000 FCEV al año de aquí a 2030, y Japón se ha propuesto fabricar 800.000 FCEV de aquí a 2030. Y, con unos costes tecnológicos que se prevé que alcancen el punto de equilibrio con los camiones diésel en varios mercados, existe un importante impulso e inversión en hidrógeno.
Cuantos más proyectos utilicen cada vez más las tecnologías de pila de combustible, mayor será el potencial de reducción de costes e inversión en la tecnología. El compromiso de China de poner en circulación un millón de vehículos de pila de combustible antes de 2030 (con una inversión de 7.600 millones de dólares en el sector de los camiones pesados) ofrece un enorme potencial de avances significativos en la eficiencia y los costes de los vehículos de pila de combustible.
El hidrógeno ya ha visto falsos amaneceres en el pasado, pero esta alternativa baja en carbono está siendo impulsada por algunas de las mayores empresas del planeta en múltiples sectores. Toyota Kenworth tiene una larga trayectoria en el desarrollo de camiones con tecnología de pila de combustible y en 2019 incorporó 10 T680 que se utilizarán en el puerto de Los Ángeles y en todo el sur de California. Shell ha invertido recientemente en gran medida en electrolizadores de hidrógeno a gran escala, que ofrecen una opción de carbono cero para la producción de hidrógeno. A principios de este mes, Cummins adquirió una empresa líder en el mercado de electrolizadores y pilas de combustible, Hydrogenics, por 290 millones de dólares. Todas estas son señales de un serio compromiso por parte de los líderes de la industria para entrar en el espacio del hidrógeno y las pilas de combustible.
El Instituto Rocky Mountain (RMI) está trabajando para identificar las oportunidades del hidrógeno verde para acelerar la descarbonización en sectores que han tenido dificultades para progresar, y sólo ahora estamos empezando a ver el papel y la posición que esta tecnología puede tener en la descarbonización del sector del transporte. Esperamos que se una a RMI y al Consejo Norteamericano para la Eficiencia del Transporte de Mercancías (NACFE) para una mesa redonda sobre el hidrógeno en el transporte por carretera el 8 de octubre.
