¿Es la pila de combustible el futuro del transporte de mercancías por carretera?

2 de septiembre de 2022

La difusión de los vehículos eléctricos aumenta de forma desigual entre distintos países de la Unión Europea, sin embargo, parece ya fuera de toda duda que constituyen una alternativa viable a los vehículos con motores de combustión. Son limpios, no emiten gases, son silenciosos y, a medida que su precio se aproxime al de los vehículos convencionales, siendo ya su coste por uso inferior al de estos, su presencia aumentará todavía más en nuestras ciudades y carreteras. Prácticamente ya nadie duda de que acabarán imponiéndose en los próximos años, en lo que se refiere a vehículos ligeros, desde motocicletas hasta turismos y furgonetas. El rápido aumento de la red de puntos de recarga, con mayores potencias y, por tanto, menores tiempos de carga, supondrá, probablemente, el empujón definitivo.

Sin embargo, existen todavía muchas dudas sobre el futuro del transporte de mercancías por carretera, en donde el elevado peso de las baterías que resultarían necesarias para mover un vehículo de 40 toneladas, dotándolo de una cierta autonomía, limitaría enormemente su capacidad de carga. Los elevados tiempos de recarga de esas baterías, con una enorme capacidad, y su aún limitada autonomía, terminan por presentar como poco viable esta opción y no se vislumbra que esta situación vaya a cambiar en un horizonte temporal cercano.

Aunque el asunto es, todavía, bastante controvertido, se observan movimientos por parte de algunos fabricantes de vehículos industriales que apuestan porque la tecnología de las pilas de combustible es la más viable para impulsar el transporte de mercancías por carretera. La pila de combustible se alimenta generalmente con hidrógeno, por ser éste un gas muy ligero y tener una gran densidad de energía, muy similar a la de los combustibles fósiles convencionales, además de presentar tiempos de repostaje equiparables.

El fundamento de funcionamiento de una pila de combustible es muy simple, si bien las dificultades surgen para lograr que todo funcione de manera eficiente. La pila de H2 genera electricidad mediante la recombinación del hidrógeno (H2) almacenado en unos depósitos y el oxígeno (O2) del aire, produciendo como único deshecho agua (H2O).

La única diferencia que presentan un vehículo eléctrico con baterías convencionales (BEV) y uno con pila de hidrógeno (FCEV -Fuell Cell Electric Vehicle-) es la forma como se almacena la energía. En el caso del FCEV es necesario almacenar el hidrógeno en depósitos a muy alta presión, para que ocupen el menor espacio posible.

Esta tecnología no se ha impuesto todavía de manera global porque presenta algunas dificultades importantes:

  • El H2 es un gas que resulta complicado de almacenar, ya que al ser una molécula tan pequeña atraviesa fácilmente casi cualquier superficie y, además, se debe presurizar a muy elevadas presiones para que los depósitos sean de un tamaño manejable.
  • La generación de H2 a partir de la descomposición de hidrocarburos, que tiene un menor coste, produce gases de efecto invernadero, que es precisamente lo que se trata de evitar. El único método realmente limpio de obtención de H2 es mediante hidrólisis (lo que se denomina H2 verde), pero sigue siendo un método de obtención caro y energéticamente poco eficiente.
  • El proceso completo de generación-presurización-almacenaje-conversión eléctrica presenta bastantes más pérdidas que las que se producirían mediante el almacenamiento de la energía eléctrica necesaria para generar ese H2 en baterías.

No obstante, algunos fabricantes como Hyundai, con su modelo Nexo, y Toyota con su modelo Mirai, han lanzado al mercado turismos alimentados por pilas de combustible. Honda probó también su modelo Clarity en algunos países, aunque ya ha interrumpido su fabricación sin que haya llegado al mercado español, y otros fabricantes anuncian próximos lanzamientos. Las ventas de estos modelos han sido muy modestas, pero les han permitido testar ampliamente su tecnología y en estos momentos parece que la reorientan hacia los vehículos pesados, que es donde el hidrógeno ofrece mayores posibilidades.

Exhibit 20 | TCO trajectory of trucks.

El consorcio Hydrogen Europe, que cuenta con 150 socios (entre los que se encuentran Daimler, Honda, Hyundai, BMW o Toyota), además de la Comisión Europea, se ha reunido recientemente para reivindicar los camiones de hidrógeno como impulsores de la movilidad sostenible y la descarbonización de la economía para 2050. Según un informe del consorcio, el hidrógeno es idóneo para camiones de más de 16 toneladas, que recorren largas distancias.

Entre los objetivos que ha suscrito este consorcio se encuentra la comercialización de 95.000 camiones de hidrógeno y la construcción de 1.000 hidrogeneras para 2030.

Sin embargo, también hay voces críticas que no ven viable la pila de hidrógeno, ni siquiera para el transporte de larga distancia. El físico e investigador alemán Dr. Patrick Plötz, en un reciente artículo publicado en Nature Electronics, afirma que debido a los avances técnicos y económicos en baterías y carga rápida los vehículos FCEV con hidrógeno serán anecdóticos frente a los BEV. Entre otras cosas, porque la normativa de conducción en Europa sólo permite 4,5 horas de conducción seguidas, con un tiempo de descanso obligatorio de al menos 45 minutos. En 4,5 horas un camión pesado podría recorrer hasta unos 400 km y, por tanto, bastaría con una autonomía práctica de unos 450 Km (si la carga rápida de alta potencia para los camiones eléctricos de batería estuviera ampliamente disponible). Cargar para 400 Km en 45 minutos, para un camión pesado, requeriría una potencia de carga media de unos 800 KW y el actual estándar de carga rápida, de momento, sólo permite hasta 350 KW.

Para solventar este problema ya se está desarrollando un nuevo estándar de sistema de carga que debería permitir más de 2 MW: las especificaciones se esperan para finales de 2022, y el estándar definitivo para 2023.

Entretanto ya son varios los fabricantes que apuestan por el hidrógeno para sus vehículos pesados, como, por ejemplo, Hyundai con su camión XCIENT.

El Hyundai Xcient Fuel Cell está alimentado por un sistema de pila de combustible de hidrógeno de 190 kW. La autonomía de la pila de combustible ronda los 400Km, que se desarrolló con los requisitos específicos de los posibles clientes de la flota comercial y la infraestructura de carga de Suiza. El tiempo de repostaje de cada camión es de, aproximadamente, 8 a 20 minutos. Aunque en su próxima versión ya están trabajando para que la autonomía aumente hasta los 1000Km.

Mercedes-Benz está haciendo pruebas en vías públicas de Alemania de su camión GenH2.

La versión definitiva funcionará con hidrógeno líquido, ya que ofrece mayor almacenamiento, pero los tanques están todavía en desarrollo, por lo que provisionalmente para las pruebas lleva tanques de hidrógeno gaseoso. El GenH2 lleva una pila de hidrógeno de 300Kw, con la que logra una autonomía de 1000 Kms.

Por otro lado, el fabricante MAN está desarrollando, junto a Bosch, Faurecia y ZF, un camión con célula de hidrógeno, que espera comenzar a entregar en 2024, aunque de momento no se dispone de más datos sobre sus prestaciones.

Toyota ha dado un paso más y ha desarrollado un módulo compacto, que incluye tanto la célula de combustible como los componentes que gestionan el suministro de aire, refrigeración y control de energía, permitiendo una gran escalabilidad y que cualquier empresa que lo desee pueda adoptar esta tecnología para desarrollar sus propios productos, ya que se puede conectar a cualquier dispositivo eléctrico existente.

Otros fabricantes quieren llevar esta tecnología más allá, y usarla también fuera de la carretera, como Hyundai, que quiere utilizarla para producir un sistema de suministro de energía que pueda surtir de energía a los hogares en las horas de mayor demanda, constituyendo un paso más hacia las Smart-grids.

Rolls-Royce Power Systems también está trabajando, junto a Daimler Truck y Volvo Group, en un módulo de pila de hidrógeno para suministrar energía en caso de emergencia para centros de datos.

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