Energía
Vehículos de hidrógeno: perspectivas, seguridad y retos del transporte
Añade Securities.io a tus fuentes preferidas en Google
Los vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno son una de las alternativas a los automóviles de combustión. La tecnología se investiga y comercializa desde antes de 2015, pero su adopción sigue siendo limitada e incierta. Este artículo examina su situación y las expectativas existentes en 2024.
Entre 2022 y 2023, las ventas anuales mundiales de vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno recogidas por la fuente citada bajaron de 20.704 a 14.451 unidades. Son ventas de cada año, no el número total de vehículos en circulación. Un descenso anual no basta para establecer una tendencia a largo plazo. A continuación se examinan sus ventajas y los problemas de seguridad.
La singularidad de los vehículos de hidrógeno
Estos vehículos utilizan una pila de combustible para convertir el hidrógeno almacenado en electricidad. También suelen incorporar una batería que permite recuperar energía al frenar y cubrir variaciones de potencia. Durante el funcionamiento de la pila, la principal emisión es agua; el balance ambiental completo depende de cómo se producen y transportan el hidrógeno y los componentes.
Una posible ventaja es repostar en pocos minutos en una estación compatible y operativa. El tiempo de repostaje y la autonomía dependen del vehículo, la presión, la estación y las condiciones de uso. La temperatura exterior también puede afectar al funcionamiento; no eliminan todos los problemas del frío.
El hidrógeno puede almacenar energía procedente de fuentes renovables, pero producirlo, comprimirlo o licuarlo y convertirlo de nuevo en electricidad provoca pérdidas. Su eficiencia y coste deben compararse con las alternativas para cada aplicación.
Además de los posibles beneficios, existen riesgos que deben gestionarse. La Universidad Tecnológica de Graz, TU Graz, investigó en el proyecto HyTRA posibles incidentes con vehículos de hidrógeno en túneles y medidas para reducir sus consecuencias.
El riesgo y potencial de daño de los vehículos de hidrógeno: cómo minimizar los riesgos
En el proyecto HyTRA, la Universidad Tecnológica de Graz estudió posibles incidentes, riesgos para las personas y daños a la estructura de los túneles. También propuso medidas de prevención y mitigación.
Los investigadores consideraron baja la probabilidad de un accidente grave en el escenario analizado. Sin embargo, el hidrógeno almacenado a alta presión podría causar daños importantes si fallasen las protecciones. La evaluación de escenarios no equivale a una tasa de accidentes observada en toda la flota.
En algunos turismos el hidrógeno se almacena a unos 700 bar. Su liberación rápida puede implicar una gran cantidad de energía y, al arder, alcanzar temperaturas superiores a 2.000 °C. Los depósitos se diseñan y ensayan para resistir impactos; una colisión extrema, como el alcance por un camión pesado, puede superar las condiciones previstas.
El estudio distinguió tres escenarios de peligro relacionados con una colisión y un incendio.
En el primero, el dispositivo de alivio de presión activado térmicamente, TPRD, libera hidrógeno de forma controlada cuando el depósito se calienta. Esto reduce el riesgo de rotura del depósito. Si el chorro se enciende, sigue existiendo peligro, aunque la zona afectada sería más limitada que en otros escenarios.
Si ese dispositivo falla durante un incendio, el depósito podría romperse violentamente. En el escenario modelado, la onda de presión podría causar lesiones mortales hasta aproximadamente 30 metros y lesiones internas graves hasta 300 metros; más lejos aún podría dañar los tímpanos. Son estimaciones para las condiciones estudiadas, no distancias universales para cualquier accidente.
En el tercer escenario, considerado el menos probable, se libera hidrógeno sin encenderse de inmediato. El gas puede acumularse bajo el techo del túnel si la ventilación no lo dispersa. Una fuente de ignición podría provocar una explosión de la mezcla de hidrógeno y aire, con una onda de presión importante.
El equipo propuso límites de velocidad más estrictos, controlados mediante medición por tramos, y mayor vigilancia de la distancia de seguridad. Una señalización adecuada ayudaría a advertir a quienes circulan demasiado cerca del vehículo precedente.
Los investigadores subrayaron que las consecuencias potenciales deben interpretarse junto con la baja probabilidad estimada de que se den esas condiciones. Daniel Fruhwirt resumió la resistencia de los depósitos modernos en los siguientes términos:
«Los depósitos de hidrógeno modernos están construidos de forma tan segura que tendrían que coincidir muchas circunstancias para que escapara hidrógeno».
— Daniel Fruhwirt, Instituto de Termodinámica y Sistemas de Propulsión Sostenible de TU Graz; traducción de su declaración.
El impulso hacia los vehículos de hidrógeno
Una previsión de Juniper Research publicada en 2022 estimaba que el número mundial de vehículos de hidrógeno en servicio superaría el millón en 2027, frente a algo más de 60.000 en 2022: un incremento previsto superior al 1.500 %. El informe proyectaba que los turismos representarían más del 60 % del total en 2027. Se trata de una previsión comercial, no de una cifra alcanzada ni de un resultado garantizado.
También hay iniciativas públicas de apoyo. En 2013, el Departamento de Energía de Estados Unidos puso en marcha H2USA, una colaboración pública y privada para promover los vehículos de pila de combustible y su infraestructura. Así describe el Departamento la misión de H2USA:
Promover la introducción y adopción de vehículos eléctricos de pila de combustible en Estados Unidos, mediante la cooperación entre organismos federales, fabricantes, proveedores de hidrógeno, desarrolladores de pilas, laboratorios nacionales y otros participantes. La plataforma toma como referencia colaboraciones sobre hidrógeno de países como Alemania, Japón y Reino Unido. Esta es una síntesis de la declaración, no una cita literal.
La información de la iniciativa citada en el artículo menciona más de 30 participantes; esa cifra corresponde a su fecha de publicación.
La investigación también busca mejorar el rendimiento y la vida útil de las pilas, aspectos que influyen en los costes y en la confianza de posibles compradores.
Un equipo de Harvard y la Universidad Nacional de Incheon investigó membranas electrolíticas resistentes a la fatiga, formadas por redes interpenetradas de Nafion y perfluoropoliéter, PFPE. En las pruebas, una pequeña pérdida de rendimiento se compensó con unamejora considerable de la resistencia y la durabilidad. Los resultados del material no demuestran por sí solos la vida útil de un vehículo comercial completo.
Otra línea de desarrollo consiste en introducir enzimas especializadas en pozos petrolíferos agotados. La propuesta busca aprovechar hidrocarburos residuales para obtener, entre otros productos, hidrógeno. Su viabilidad, las emisiones y los riesgos ambientales deben evaluarse; que el pozo ya exista no convierte automáticamente ese hidrógeno en renovable o sostenible.
Tanto los vehículos de pila de combustible como los de batería son eléctricos. El balance ambiental de los primeros depende de la producción del hidrógeno y el de los segundos, entre otros factores, de la electricidad utilizada para cargarlos. No puede afirmarse que uno sea siempre más sostenible sin comparar el ciclo de vida y las condiciones de uso.
Varias empresas desarrollan sistemas de hidrógeno para aplicaciones concretas, especialmente donde pueden resultar útiles el repostaje rápido y la autonomía. Esto no demuestra que gobiernos y operadores vayan a preferirlos de forma general a los vehículos de batería.
#1. Plataforma Ultium y cubos de energía de pila de combustible HYDROTEC de General Motors
La tecnología de pilas de combustible HYDROTEC de GM está orientada a aplicaciones terrestres, aéreas y marítimas. En 2021, Wabtec Corporation (NYSE: WAB) y General Motors (GM ) anunciaron una colaboración para desarrollar y comercializar baterías Ultium y sistemas de pila de combustible HYDROTEC en locomotoras de Wabtec.
Rafael Santana, presidente y consejero delegado de Wabtec, explicó así la colaboración; se resume aquí su declaración:
La locomotora de batería FLXdrive había mostrado el potencial de reducir hasta un 30 % las emisiones en determinadas operaciones con una batería de 6 MWh. Wabtec esperaba acelerar la descarbonización del ferrocarril mediante su trabajo con GM en baterías Ultium y pilas de hidrógeno HYDROTEC. El porcentaje era una afirmación para condiciones concretas, no una reducción garantizada para todos los trenes.
HYDROTEC utiliza módulos compactos de pila de combustible para distintas aplicaciones, incluidas las locomotoras. Ultium es una tecnología de batería diferente y complementaria; no debe confundirse con una pila de hidrógeno.
En 2021, GM también anunció una colaboración con Liebherr-Aerospace para desarrollar un demostrador de generación eléctrica con pila de hidrógeno para aeronaves. En 2022 amplió sus planes de HYDROTEC a generadores estacionarios y móviles.
GM anunció varios generadores basados en sus módulos HYDROTEC de segunda generación. Los proyectos incluían:
- Un Generador de Energía Móvil (MPG) que ofrece capacidades de carga rápida para vehículos eléctricos sin instalar puntos de carga permanentes.
- El cargador rápido EMPOWER que permite a estaciones de combustible minoristas añadir carga rápida de corriente continua asequible sin ampliar la red.
- Un MPG paletizado para alimentar de forma silenciosa y eficiente campamentos e instalaciones militares.
GM Gráfico de precios
Para el año financiero 2023, GM declaró ingresos de 171.800 millones de dólares, un beneficio neto atribuible a los accionistas de 10.100 millones y un EBIT ajustado de 12.400 millones de dólares.
#2. Cellcentric: empresa conjunta al 50 % de Daimler Truck y Volvo Group
Cellcentric, empresa conjunta participada al 50 % por Volvo Group y Daimler Truck (DTG.DE ) AG, desarrolla sistemas de pila de combustible para vehículos pesados. Su contribución climática depende también del hidrógeno utilizado y de todo el ciclo de vida del vehículo.
En mayo de 2024, Cellcentric presentó NextGen, un sistema integrado de pila de combustible para camiones de larga distancia en Europa y Norteamérica. La empresa anunció una potencia neta superior a 350 kW en un conjunto compacto y de menor peso.
Según Cellcentric, el diseño ofrecía un 20 % menos de consumo de hidrógeno que la generación BZA150, un 30 % más de densidad de potencia y un 40 % menos de calor residual a plena carga. Son comparaciones declaradas por la empresa para sus sistemas y condiciones de referencia. La menor generación de calor podría reducir las necesidades de refrigeración.
Para el año completo 2023, Volvo Group aumentó sus ventas netas en casi 80.000 millones de coronas suecas, hasta 553.000 millones. El resultado operativo ajustado ascendió a 77.600 millones, frente a 50.500 millones en 2022, y el margen operativo ajustado fue del 14,0 %, frente al 10,7 %. Los ingresos de Daimler Truck Group aumentaron un 10 % hasta un nivel récord de 55,9 mil millones de euros en 2023.
El futuro de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno
La evolución de los vehículos de hidrógeno dependerá del coste, la disponibilidad de estaciones, el suministro de hidrógeno de bajas emisiones, la seguridad y el rendimiento. Los desarrollos abarcan la pila, el sistema de repostaje, el depósito, los controles y la gestión térmica.
Pueden ofrecer una respuesta rápida del motor y un repostaje breve en estaciones adecuadas. Aunque la pila emite principalmente agua durante el uso, el ciclo de vida genera otras emisiones. El mantenimiento y el coste tampoco son iguales en todos los modelos.
Un automóvil de pila de combustible puede costar más que otro convencional de tamaño comparable. Los reembolsos de 4.500 dólares, o 7.500 para compradores que cumplían determinados requisitos de ingresos, del programa californiano Clean Vehicle Rebate Project eran incentivos históricos: ese programa cerró las nuevas solicitudes el 8 de noviembre de 2023. Otros incentivos tienen sus propias fechas y condiciones. La adopción a largo plazo depende también de la infraestructura, el coste, la seguridad y el rendimiento.
