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Los vehículos eléctricos son muy prometedores en muchos aspectos: menos contaminación, menos ruido ... Al hablar de electromovilidad, la mayor parte de la gente piensa en coches con una batería enorme que se alimentan enchufándolos a la corriente. Sin embargo, hay otra tecnología de movilidad en la que los expertos han puesto muchas esperanzas, entre otros motivos por ofrecer una alternativa a tener que cargar la batería durante largas horas.
Estamos hablando del motor de hidrógeno, también denominado pila de hidrógeno. Antes de hablar de los pros, los contras, los costes y los riesgos de los coches de hidrógeno, vamos a explicar brevemente cómo funcionan.
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6 preguntas sobre los coches de hidrógeno: clic directo a las respuestas
1. ¿Cómo funciona el motor de hidrógeno?
2. Ventajas y desventajas del coche de hidrógeno para el usuario
3. ¿Cuánto cuesta un vehículo de hidrógeno y por qué?
4. ¿Cómo de sostenible y medioambientalmente respetuosa es la pila de combustible de hidrógeno?
5. ¿Qué riesgos tiene el coche de hidrógeno?
6. ¿Qué función desempeñará en el futuro el motor de hidrógeno?
¿Cómo funciona el motor de hidrógeno?
Los coches de hidrógeno funcionan con un motor eléctrico, por eso se los considera también vehículos eléctricos. Para referirse a ellos se suele usar la abreviatura FCEV, de «Fuel Cell Electric Vehicle» (Fuel Cell quiere decir celda de combustible en inglés), a diferencia de BEV, de «Battery Electric Vehicle» (vehículo eléctrico de batería).
Una diferencia fundamental con el resto de vehículos eléctricos es que los coches de hidrógeno producen la electricidad por sí mismos. No extraen la energía de una batería integrada, como en los eléctricos puros o híbridos enchufables que se pueden recargar desde una fuente externa (➜ lee también: Tipos de coches eléctricos). Por contraste, los coches de hidrógeno llevan a bordo su propia central eléctrica eficiente, por así decirlo, en forma de pila de combustible.
En la pila de combustible se desarrolla un proceso denominado electrólisis inversa, mediante el que el hidrógeno reacciona con el oxígeno. El hidrógeno proviene de uno o varios depósitos del vehículo, mientras que el oxígeno se capta del aire ambiental. Lo único que se deriva de esta reacción es la energía eléctrica generada, calor y agua, que se expulsa en forma de vapor por el tubo de escape. Por eso el coche de hidrógeno no genera emisiones nocivas en el nivel local, otro punto a favor.
La energía que se genera en las celdas de combustible de hidrógeno recorre dos trayectos, en función de la demanda de la situación de conducción específica: puede fluir hacia el motor y accionar el vehículo directamente o puede cargar una batería, que se utiliza como almacén intermedio de la energía hasta que esta se necesite para accionar el motor. Esta batería de tracción, como se la llama, es mucho más pequeña y ligera que la de los coches totalmente eléctricos, ya que se recarga constantemente desde la pila de combustible.
Al igual que otros coches eléctricos, los vehículos de hidrógeno pueden «recuperar» energía de frenado. Para ello, el motor eléctrico transforma la energía cinética del coche en energía eléctrica y la alimenta a la batería de almacenamiento.
Ventajas y desventajas del coche de hidrógeno para el usuario
En general, las ventajas y desventajas de cualquier tecnología del automóvil se pueden entender desde dos perspectivas: desde el punto de vista del usuario y desde el del medio ambiente. Si una tecnología alternativa al motor de combustión pretende llegar para quedarse, debe ser intuitiva para el usuario y reducir significativamente la emisión de contaminantes. En primer lugar, explicaremos las ventajas y desventajas más importantes para el conductor/propietario de un coche de hidrógeno con la ayuda de Axel Rücker, Program Manager Hydrogen Fuel Cell en el BMW Group.
Ventajas para el usuario:
- Los coches de hidrógeno tienen un funcionamiento totalmente eléctrico. La sensación de conducción es similar a la de los eléctricos convencionales, es decir, sin casi ruido en el motor y un arranque impulsivo, ya que los motores eléctricos usan su par total desde el primer momento.
- Otra ventaja es el tiempo de carga: dependiendo de la estación de carga y la capacidad de la batería, hoy en día los vehículos totalmente eléctricos necesitan entre 30 min y varias horas para completar la recarga. Sin embargo, el depósito de hidrógeno de un vehículo con pila de combustible se llena completamente en menos de 5 minutos. Así, la disponibilidad de vehículos y la flexibilidad para los clientes son comparables a las de los coches convencionales.
- Además, actualmente tienen otra ventaja más sobre los eléctricos puros: los coches de hidrógeno tienen una autonomía mayor. Con el depósito de hidrógeno lleno, pueden recorrer unos 500 km. Los coches eléctricos con baterías muy grandes también llegarán a esta cifra, que a su vez incrementarán el peso de los vehículos y los tiempos de carga.
- La autonomía de los vehículos de hidrógeno es independiente de la temperatura exterior, es decir, no empeora si hace frío.
Desventajas actuales para el usuario:
Por el momento, el mayor inconveniente de los coches de hidrógeno son las escasas opciones de repostaje. El hidrógeno se reposta en un tipo de surtidor especial o «hidrogenera», que seguramente acabará estando en la mayoría de estaciones de servicio ordinarias. Sin embargo, en la actualidad aún hay muy pocas. En España son solo tres las que están operativas. A finales de 2019, hay unas 80 en Alemania y en torno a 40 en EE. UU.
«Lo del motor de hidrógeno es como el problema del huevo y la gallina», explica el experto de BMW Rücker. «Mientras la red de repostaje de hidrógeno sea tan escasa, la baja demanda de los clientes no permitirá que se produzcan en masa coches de hidrógeno. Y mientras no haya casi de este tipo de vehículos en la carretera, las operadoras tendrán muchos reparos para ampliar su red de hidrogeneras». Por el momento, los protagonistas de esta historia han sido las grandes empresas energéticas y asociaciones de corporaciones automovilísticas.
Para fomentar el desarrollo de la infraestructura en Alemania, fabricantes como BMW se han asociado con los productores de hidrógeno y las operadoras de estaciones de servicio en la iniciativa Clean Energy Partnership. Su objetivo es la expansión de la red de hidrogeneras hasta los 130 puntos de repostaje en el año 2022. Eso permitiría que hubiera hasta 60 000 vehículos de hidrógeno en las carreteras alemanas. La siguiente etapa de la expansión de esta tecnología sería ir aumentando los puntos de reportaje hasta 400 en 2025, a medida que crezca la adopción de este tipo de vehículos. Rücker añade que también deben desarrollarse este tipo de estaciones de servicio en el extranjero para que los coches de hidrógeno puedan realizar trayectos internacionales.
¿Cuánto cuesta un vehículo de hidrógeno y por qué?
Además de que la red de estaciones de servicio es insuficiente, hay otro motivo por el que la demanda de coches de hidrógeno es baja: comprarlos es relativamente caro. Los escasos modelos disponibles en el mercado con motor de hidrógeno cuestan en torno a 70.000 euros (y eso para un vehículo de rango medio o medio-alto). Es casi el doble de lo que cuesta un coche eléctrico o híbrido comparable.
Los motivos de que el precio de los coches de hidrógeno sea tan alto son diversos. Aparte de la escasez en el número de piezas y del atraso en la industrialización de la producción, entra en juego el platino. Este metal precioso ejerce de catalizador en la generación de energía. La cantidad de platino necesaria para las celdas de combustible se podría reducir ya enormemente. «El objetivo general es ofrecer el mismo precio en los coches de hidrógeno que en otros vehículos eléctricos», afirma Rücker.
Otra razón por la que el precio de compra es tan alto es que los coches de hidrógeno suelen ser muy grandes, ya que el depósito o los depósitos de hidrógeno ocupan mucho espacio. A diferencia de estos, una batería totalmente eléctrica cabe en sitios mucho más compactos, por eso el motor eléctrico con batería se puede ofrecer en todo tipo de vehículos.
Además de los costes de adquisición, los costes operativos también desempeñan un papel importante en la eficiencia y la aceptación de las nuevas tecnologías de movilidad. En el coche de hidrógeno, dependen entre otras cosas del precio del combustible: actualmente, un kilogramo de hidrógeno cuesta 9,50 € en Alemania (es el precio que han acordado los socios de H2 Mobility), algo similar en España y unos 14 $ en EE. UU. Con un kilogramo de hidrógeno, un vehículo con celda de combustible puede recorrer aproximadamente 100 kilómetros.
Por tanto, actualmente el coste por kilómetro de un coche de hidrógeno casi duplica al de un vehículo con batería que se pueda recargar en casa. Rücker espera que estos costes acaben equiparándose: «Si la demanda de hidrógeno aumenta, el precio por kilogramo podrá bajar hasta los 5 € en 2030».
¿Cómo de sostenible y medioambientalmente respetuosa es la pila de combustible de hidrógeno?
Un coche que solo utilice energías renovables y no genere emisiones perjudiciales: desde una perspectiva medioambiental, eso sería ideal. Veamos lo cerca que está de este objetivo el vehículo de pila de combustible en comparación con otros tipos de funcionamiento:
- Las tecnologías de movilidad alternativas se han diseñado para reducir la emisión de contaminantes, especialmente el CO2, pero también otros gases como los óxidos de nitrógeno. Los gases de escape de un coche de hidrógeno son puro vapor de agua. Por eso el motor de pila de combustible no genera emisiones localmente y ayuda a mantener el aire limpio en las ciudades. ¿Pero podemos decir que al mismo tiempo protege el medio ambiente?
- Eso depende de las condiciones en las que se haya producido el hidrógeno. La generación de hidrógeno requiere energía eléctrica. En el proceso de la electrólisis, se descompone el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad. Si la electricidad empleada proviene de fuentes renovables, la generación de hidrógeno tiene una huella de carbono neutra. Sin embargo, si se emplean combustibles fósiles, el coche de hidrógeno acaba generando un perjuicio al medio ambiente. La gravedad de este perjuicio depende del «mix energético» empleado. En este aspecto, el coche de hidrógeno no difiere del resto de vehículos eléctricos.
- Sin embargo, las desventajas de la generación de hidrógeno se basan principalmente en las pérdidas durante la electrólisis. La eficiencia general en la cadena energética de «alimentación de la unidad de propulsión» es, por tanto, de solo la mitad que en los vehículos eléctricos de batería.
- Aun así, el hidrógeno se puede producir en momentos en los que hay un exceso de suministro eléctrico procedente de fuentes renovables, si esa energía generada en instalaciones eólicas o fotovoltaicas no se usa de otro modo. El potencial de aprovechamiento en este sentido es inmenso.
- El hidrógeno también es un subproducto de muchos procesos industriales, que en muchos casos se trata como un residuo y se descarta. En este sentido, la pila de combustible ofrece una oportunidad para suprarreciclar ese hidrógeno, pero primero hay que depurarlo.
- A la hora de calcular el balance energético de los coches de hidrógeno hay que tener en cuenta también el transporte y el almacenamiento del hidrógeno. En función de la tecnología de transporte utilizada (en formato líquido o gaseoso) existen distintos costes de compresión, refrigeración, transporte y almacenamiento. La tendencia es utilizar el hidrógeno como combustible en forma líquida, ya que es más fácil de almacenar y transportar. Aun así, el transporte y el almacenamiento del hidrógeno son mucho más complejos y, por tanto, requieren (aún) más energía que los de la gasolina o el diésel. A diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno se puede generar en cualquier lugar en el que haya disponible electricidad y agua, en teoría incluso en las propias estaciones de servicio. Por eso, en el futuro, con una infraestructura más desarrollada se podrían acortar las rutas de transporte significativamente.
Conclusión: el hidrógeno como combustible tiene el potencial de dar pie a una movilidad ecológicamente sostenible. Sin embargo, según el experto de BMW Rücker, para ello haría falta aplicar energías renovables a la generación de hidrógeno y ampliar la infraestructura técnica para acortar las rutas de transporte.
Los vehículos eléctricos contribuyen de forma tangible a la protección del clima si toda la cadena de valor es sostenible.
Presidente del Consejo de Dirección de BMW AG
¿Qué riesgos tiene el coche de hidrógeno?
¿Qué pasa cuando el hidrógeno reacciona con el oxígeno de forma incontrolada? Mucha gente sabe lo que ocurre, ya que se enseña en las clases de química: el oxihidrógeno puede reaccionar y detonar. Podemos decir, pues, que el hidrógeno es inflamable, aunque la posibilidad de que ocurra una reacción de estas características en un coche de hidrógeno son prácticamente nulas.
Esto se debe a que el hidrógeno se almacena en el vehículo en forma gaseosa, en un depósito con paredes muy gruesas y especialmente seguras. Como destaca Rücker, muchas pruebas de choque han confirmado la solidez de este diseño: ni resultaron dañados los depósitos ni hubo fugas de hidrógeno.
Y algo que no se debe olvidar: la tecnología del hidrógeno no es nueva, ya se ha comprobado en muchos ámbitos. Por ejemplo, las refinerías ya utilizan hoy en día grandes cantidades de hidrógeno como gas de procesamiento del petróleo crudo. También llevamos décadas utilizando canalizaciones y almacenes de hidrógeno.
Las pruebas de choque han puesto de manifiesto que los depósitos de hidrógeno no resultan dañados en caso de colisión y no se producen fugas de hidrógeno.
Program Manager Hydrogen Fuel Cell en el BMW Group
¿Qué función desempeñará en el futuro el motor de hidrógeno?
En BMW estamos convencidos de que el hidrógeno puede realizar una contribución importante a la movilidad sostenible del futuro como complemento a los vehículos de batería, siempre que haya una infraestructura adecuada, dispongamos de hidrógeno a precios razonables y el coste de los vehículos se reduzca. Si se cumplen las condiciones, la tecnología de los FCEV podría ser la clave para que los usuarios mantengan sus hábitos de conducción flexibles con cero emisiones de gases perjudiciales.
Esta también es la convicción del Hydrogen Council, una iniciativa mundial compuesta por miembros de empresas punteras en los ámbitos de la energía, el transporte y la industria. El Hydrogen Council cree que el hidrógeno no solo es el futuro de los sistemas de propulsión de vehículos, sino que también es una fuente de energía limpia para sistemas de calefacción, generación de electricidad y procesos industriales.
Hidrógeno: el cliente decide
Cada conductor tiene necesidades y expectativas diferentes en el contexto de su movilidad. Oliver Zipse, Presidente del Consejo de Dirección de BMW AG, lo explica con sus propias palabras: «Para nosotros, la clave es esta pregunta: ¿qué tecnologías y tipos de motor querrán nuestros clientes en el futuro? ¿Y cómo conseguimos ofrecer el mejor resultado en cuanto a protección del medio ambiente?». Por este motivo, BMW seguirá trabajando con distintos conceptos de conducción de cara al futuro: el motor de combustión clásico, los vehículos totalmente eléctricos e híbridos enchufables y la investigación en los coches de hidrógeno.
Ilustración: Cyprian Lothringer; Vídeo: Benjamin Roth; Autor: Nils Arnold
