Hacia el vehículo de hidrógeno

Fuente: Terra.org, Ecología práctica

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Hace más de medio siglo que los trenes se mueven gracias a los bogies, es decir con ruedas unidas por un eje que incorpora el motor en el eje. También hace años que estos funcionan con electricidad demostrando su fiabilidad, capacidad de aceleración, bajo coste en mantenimiento y alta eficiencia.

Por todo ello resulta curioso que la industria del automóvil se haya obstinado en la vetusta mecánica de la transmisión y las complejidades de la carburación de los combustibles fósiles. Sin embargo, parece que por primera vez el automóvil se plantea dar un paso de gigante merced a las aportaciones tecnológicas de convertir el hidrógeno en electricidad con un mayor nivel de eficiencia que los derivados del petróleo.

Las claves de la movilidad con hidrógeno

El reto para convertir el hidrógeno en combustible está en su almacenaje. Ahora mismo se perfilan tres opciones: el hidrógeno líquido a –253 ºC, el presurizado a 700 bares. El primer sistema confiere mayor autonomía (hasta 400 km) sin embargo, debe evacuarse hidrógeno para evitar que el calor ambiental provoque sobrepresiones. En contra del presurizado tan sólo pesa la menor autonomía (unos 270 km) pero con mayor seguridad. Además el presurizado tiene a su favor que es más fácil de conservar en las hidrogeneras o estaciones de servicio para recargar los depósitos de combustible.

La pila de combustible

El alma del vehículo de hidrógeno es la pila de combustible que extrae los electrones del hidrógeno para convertirlos en electricidad. Actualmente, las pilas de combustibles han conseguido un buen nivel de eficiencia y compacidad que permiten 2 kW por litro y por kilo con presiones variables de 1,5 y 2,7 bares. Eso se consigue conectando en serie hasta unas 200 células simples. Un motor de 60 kW (82 CV) permite alcanzar las velocidades modernas. La velocidad en el automóvil de hidrógeno es el resultado no de las revoluciones de un pistón sino de la potencia en kilowatios que rinde la electricidad inyectada en el rotor.

Hidrogeneras

Las hidrogeneras pueden obtener el hidrógeno por electrolización del agua con la energía eléctrica renovable excedentaria como la producida por los parques eólicos o los paneles solares instalados como cubierta de un parking público. La fabricación de hidrógeno por electrólisis es la menos eficiente (rendimientos del 15 % al 25 %), pero una vez compromido y almacenado a borde del vehículo este hidrógeno supera el 75 %. En cambio cuando el hidrógeno se extrae del metano, el rendimiento de este proceso es mayor (hasta un 75 %), pero el rendimiento global valorando todo el proceso se sitúa en torno el 48 % i el 60 %. Por todo ello los notores de hidrógeno dan un rendimiento del 55 % frente al 30 % que alcanzan los motores de combustión interna. A mediados del 2003, sólo existe la tecnología para fabricar hidrógeno para pequeñas instalaciones y resulta exageradamente caro. Por ejemplo, una instalación de unos 10 kW puede costar unos 200.000 euros, en cambio una de 250 kW el coste es de 750.000 euros.

Vehículos con hidrógeno

El hidrógeno puede generarse a partir del agua por hidrólisis de la misma o por extracción de combustibles fósiles como el gas natural, el metanol, u otros. La tecnología de impulsar un automóvil con un generador eléctrico trifásico y asíncrono que lleva integrado un cambio de tipo planetario está resuelta. Marcas como BMW, DaimlerChrysler, Ford, General Motors, Honda, Mazda, Opel, Peugeot y Toyota entre otras disponen ya de sus prototipos. BMW con el 745h, Daimler-Chrysler, con su modelo NECAR, Honda con el FCX V3, Opel con el Zafira-HidroGen3 (ver más abajo) y Toyota con el FCHV-4 están en la parrilla de salida para la automoción con hidrógeno. Además existen ya autobuses propulsados por hidrógeno en funcionamiento. están en disposición de comercializarlos en breve.

Mientras, quedan algunos problemas por resolver tales como el peso todavía elevado (entre 1.600 y 1.900 kg) y el coste que es 10 veces superior a un vehículo convencional con producciones de 100.000 unidades anuales. Por su parte GM en menos de 9 meses ha construido su prototipo de hidrógeno, el GM HY-WIRE (conducción por cable) montado sobre una plataforma de tipo monopatín con un motor eléctrico en cada una de las cuatro ruedas accionado por una pila de combustible, sin conexiones mecánicas y que supone una revolución en el sector de la automoción. Debemos destacar también el record de velocidad alcanzado por el BMW H2R o la prueba de resistencia del Hysun 3000 (ver más abajo).

El HydroGen3 de Opel atraviesa Europa

El surtidor, propiedad de la empresa Syddraft, se diseñó para una capacidad de producción de 36 Nm3/h o 75 kg de hidrógeno al día, cantidad que permite repostar aproximadamente 25 depósitos de vehículos de turismo a una presión de 350 bares o una mezcla de gas natural e hidrógeno a 250 bares. En este caso, el hidrógeno se obtiene de hidrolizar el agua a partir de energía eléctrica procedente de parques eólicos.

El depósito de hidrógeno del Zafira HydroGen3 está presurizado a para mantener los 700 bares con que este gas luego se traspasa a la célula de combustible para generar la electricidad que mueve el motor eléctrico de 82 CV/60 kW. El HydroGen3 dispone de una pila de combustible compuesto por 200 células individuales que le permite una autonomía de unos 270 km. La unidad, con un par máximo de 215 Nm, lleva al Zafira de pila de combustible silenciosamente de cero a 100 Km/h en alrededor de 16 segundos y alcanza una velocidad máxima de 160 Km/h. El objetivo de la pila de combustible será el de disponer de una vida útil de al menos 5.500 horas, esto representaría una distancia de alrededor de 160.000 Km.

Para demostrar su potencial el Opel HydroGen3 recorrió entre el 3 de mayo y el 9 de junio 2004, en etapas de 500 km diarios, la distancia entre la ciudad Hammerfest (en la punta norte de Noruega) hasta Cabo de Roca al Sur de Portugal que suponen un total de 10.000 km.

El triciclo individual Hysun 3000, o como recorrer 3.000 km con sólo 3 kg de hidrógeno

Entre el 7 y el 22 de septiembre 2004 el vehículo Hysun 3000, diseñado por un grupo de ingenieros de la empresa de pilas de combustible Ballard, batió un récord al recorrer la distancia de 3000 km entre Berlín y Barcelona en sólo 12 días de circulación y consumiendo cerca de los 3,3 kg de hidrógeno. Esta viaje le ha valido el récord mundial Guiness World Record de autonomía con propulsión integral de pila de combustible de 1.200 W (Nexa Power Module).

El vehículo, un monoplaza de 120 kg de peso en vacio y un coeficiente aerodinámico de 0,15 (el de la mayoría de los coches actuales es de 0,33), iba equipado con un tanque de 78 l de hidrógeno presurizado a 350 bares que alimentaba la pila de combustible de 1.200 W. La eficiencia de conversión era del 60 % lo que propocionaba un consumo mínimo para impulsar el vehículo a una velocidad media de 40 km/h (aunque podía alcanzar puntas de hasta 80 km/h). La mayor distancia recorrida en un día fue de 320 km.

Lo interesante de esta gesta es que que nadie ha logrado hasta ahora cubrir semejante distancia (3.069,3 km) con un consumo tan moderado, que equivale a 12 litros de gasolina o 0,4 litros por 100 kilómetros (de 110g de hidrógeno cada 100km). El equipo de ingenieros coordinados por Fireder Herb y Rolf.Peter Essling pretendían demostrar con este vehículo el potencial del hidrógeno como combustible del futuro. La gran ventaja de las células de combustible consiste en la ausencia de emisiones de gases contaminates, ya que sólo producen vapor de agua y calor como productos finales. Sin embargo, para generar el hidrógeno se precisa de una importante cantidad de energía eléctrica.