Energía
Los vehículos de hidrógeno pueden representar el futuro del transporte – ¿Existen motivos de preocupación por la seguridad?
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Los vehículos de hidrógeno o los vehículos impulsados por pilas de combustible de hidrógeno han surgido como un fenómeno desde 2015. Aunque es demasiado pronto para predecir el futuro de los vehículos de hidrógeno, no se puede negar que el interés en ellos ha sido palpable pero fluctuante.
Entre 2022 y 2023, el número de vehículos eléctricos de pila de combustible alimentados con hidrógeno experimentó una disminución, pasando de 20.704 a 14.451. Una caída anual no es suficiente para establecer una tendencia en el interés de los consumidores hacia los vehículos de hidrógeno. Pero hay opiniones en ambos lados. Mientras existen muchas ventajas de un vehículo de hidrógeno, también abundan los debates sobre cuán seguro es un vehículo de hidrógeno. En los siguientes segmentos, analizaremos ambos aspectos de los vehículos de hidrógeno.
La singularidad de los vehículos de hidrógeno
A pesar de ser un vehículo eléctrico, los vehículos de hidrógeno no necesitan baterías integradas. Poseen su propia planta de energía a bordo, capaz de convertir el hidrógeno del tanque de combustible en electricidad. Los autos de hidrógeno circulan con cero emisiones locales.
Sin embargo, la mayor ventaja que ofrece —hasta ahora— es el corto tiempo de repostaje. A diferencia de otros vehículos eléctricos, la recarga de los vehículos de hidrógeno no depende del modelo del vehículo ni de la infraestructura. Posee una larga capacidad de almacenamiento y su autonomía no depende de la temperatura exterior, lo que elimina la degradación en climas fríos.
El hidrógeno también es una forma altamente eficiente de almacenar y transportar energía renovable, y su adopción ayuda a reducir costos a largo plazo.
Aunque los beneficios están al alcance de todos, algunos estudios también señalan su potencial de riesgo y daño. Hoy analizaremos un caso en el que un equipo de la TU Graz ha analizado el riesgo y el potencial de daño de los vehículos de hidrógeno en túneles. El estudio también ha realizado algunas recomendaciones.
El riesgo y potencial de daño de los vehículos de hidrógeno: cómo minimizar los riesgos
Under its HyTRA project, the Graz University of Technology has investigated several aspects that could prove risky. The study assessed possible incident types, dangers to people, and the tunnel structure and recommended measures that could be taken to minimize these risks.
While researchers have determined that the probability of accidents involving hydrogen-powered vehicles in a tunnel is low, the high energy density of hydrogen and its substantial storage pressure render these FCEVs powered by hydrogen a significant risk for extensive damage.
The storage of hydrogen in car tanks at a pressure of 700 bar could lead to the rapid release of a great deal of energy. If ignited, the hydrogen might burn at temperatures over 2000 degrees Celsius. Manufacturers design the fuel tanks to be sturdy and well-protected against mechanical impact; however, they fall short in situations such as rear-end collisions with large trucks.
There are broadly three hazardous scenarios that might evolve as the outcome of such a collision.
In the first case, the thermal pressure relief device (TPRD) might activate when pressure increases due to a thermal impact, releasing hydrogen from the tank in a controlled jet. This mechanism helps sustain the pressure at a safe level, preventing the tank from rupturing. However, this can still pose a danger if the discharged hydrogen mixes with air and ignites. Nonetheless, the danger zone would remain confined.
This scenario worsens if the Thermal Pressure Relief Device fails, potentially leading to the tank exploding. The resulting blast wave could spread throughout the entire channel. The risk of death would extend up to approximately 30 meters, while the likelihood of serious internal injuries extends up to 300 meters. Further away, there still exists the risk of ruptured eardrums.
In the third scenario, the least likely of all, hydrogen is first released without igniting. Being the lightest element in the periodic table, the gas rises and accumulates as a cloud under the tunnel ceiling. If an ignition source, such as hot lamps or an electrical impulse, is present, it might trigger a hydrogen cloud explosion, generating a significant blast wave.
The risk scenario investigators proposed a host of mitigating strategies. The team suggested implementing stricter speed limits, monitored through section control. They also advised precise distance control strategies, supported by a robust signaling mechanism to alert drivers when they were following too closely.
While discussing the risks and damage potential of hydrogen vehicles, the TU Graz team did not forget to mention the context in which they operate and how their risk and damage potential are measured.
“Los tanques de hidrógeno modernos están construidos de manera tan segura que tendría que suceder mucho para que el hidrógeno se escape.”
– Daniel Fruhwirt, Instituto de Termodinámica y Sistemas de Propulsión Sostenible en la TU Graz
El impulso hacia los vehículos de hidrógeno
Researchers predict a significant uptick in adoption of Hydrogen Vehicles in the coming years. Industry researchers and analysts estimate that the number of hydrogen vehicles in service globally will exceed one million in 2027, up from just over 60,000 in 2022, representing a surge of more than 1,500%. The consumer market is expected to be the leading segment in the Hydrogen Vehicles space, accounting for more than 60% by 2027.
There are government initiatives in place that promote fuel-cell vehicles. For instance, the Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, a unit under the Department of Energy, launched H2USA in 2013. In their official statement, the government authorities had the following to say about H2USA’s mission:
“H2USA’s mission is to promote the introduction and widespread adoption of fuel cell electric vehicles across America. Members include federal agencies, the fuel cell trade association, automakers, hydrogen providers, fuel cell developers, national laboratories, and additional stakeholders. The collaboration provides a platform for the United States similar to the public-private collaborations in other countries focused on hydrogen, particularly Germany, Japan, and the UK.”
Reportedly, H2USA has more than 30 participants now.
Apart from government initiatives, there are many performance-enhancement research underway that help build interest and trust among potential consumers for hydrogen fuel cell vehicles.
For instance, a recent study conducted by a team of researchers from Harvard and Incheon National University devised an approach to build fuel cells that score high in both the aspects of durability and lifespan. The study revolved around developing a category of fatigue-resistant electrolyte membranes consisting of an interpenetrating network of Nafion and perfluoropolyether (PFPE). The team noted a slight degradation in the fuel cell’s performance in exchange for a ‘staggering improvement in durability/longevity.’
Another exciting development that has been particularly encouraging for the manufacturers is the introduction of specialized enzymes into depleted oil wells. These enzymes break down lingering hydrocarbons into various components, including hydrogen. This advancement might result in countless depleted and abandoned oil wells across the world turning into sources of a more sustainable fuel from their depths—hydrogen.
The push for hydrogen vehicles is in line with the vision of creating more sustainable transport alternatives for the future, potentially even more sustainable than electric vehicles (EVs). This is because EVs do not fully achieve sustainability; their emission potential depends on how the electricity is generated.
Many companies are developing hydrogen vehicle solutions, anticipating that governments and transport authorities will increasingly favor hydrogen vehicles over EVs in the future. In the following segments, we discuss a couple of such companies.
#1. Plataforma Ultium y cubos de energía de pila de combustible HYDROTEC de General Motors
The GM Hydrotec Fuel Cell Technology claims to be an affordable fuel cell power solution for land, air, and marine applications. In 2021, Wabtec Corporation (NYSE: WAB) and General Motors (GM ) (NYSE: GM) announced to collaborate on developing and commercializing GM’s Ultium battery technology and HYDROTEC hydrogen fuel cell systems for Wabtec locomotives.
While speaking about the value-add GM’s solutions were to bring for Wabtec, the CEO and President of Wabtec, Rafael Santana, had the following to say:
“Our FLXdrive locomotive, the world’s first 100-per cent battery-powered locomotive, has proven its potential to slash carbon emissions by up to 30 percent when operating at 6 MWh. But we can’t stop there. By working with GM on Ultium battery and HYDROTEC hydrogen fuel cell technologies, we can accelerate the rail industry’s path to decarbonization and pathway to zero-emission locomotives by leveraging these two important propulsion technologies.”
GM’s Hydrotec solution offers compact and easy-to-package fuel cell power cubes for a wide range of applications, including locomotives. Ultium is the battery technology that adds to the flexibility, efficiency, power, and reliability that rails need.
In 2021, General Motors also struck a collaboration with Liebherr-Aerospace to develop a hydrogen fuel cell power generation demonstrator system for aircraft. Next year, GM decided to go beyond the space of vehicles and automotive transport with its Hydrotec solution.
The company declared its plans to develop multiple HYDROTEC-based power generators powered by GM’s Generation 2 HYDROTEC fuel cell power cubes. These include:
- 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 reportó unos ingresos de 171,8 mil millones de dólares, con una utilidad neta atribuible a los accionistas que superó los 10 mil millones de dólares y un EBIT ajustado de 12 mil millones de dólares.
#2. Cellcentric: una colaboración 50‑50 entre Daimler y Volvo
Cellcentric, una empresa conjunta 50:50 entre Volvo Group y Daimler Truck (DTG.DE ) AG, tiene como objetivo convertirse en un fabricante global líder de pilas de combustible para ayudar al mundo a alcanzar su meta de introducir un transporte neutro y sostenible para 2050.
En mayo de 2024, Cellcentric anunció su sistema de pila de combustible NextGen, una solución personalizada para camiones de larga distancia en Europa y Norteamérica. El sistema es una solución de paquete único altamente integrada, compacta y de bajo peso que puede proporcionar una potencia superior a 350 kW en su rendimiento máximo.
Según las estimaciones de Cellcentric, se espera que la solución ofrezca ahorros de consumo del 20 % en comparación con la generación BZA150. El sistema NextGen también cuenta con un aumento de la densidad de potencia del 30 % respecto a la generación actual y una reducción del 40 % del calor residual en carga máxima, gracias a su diseño de sistema sofisticado y rendimiento óptimo. La solución también reduce la necesidad de refrigeración, mejorando los niveles de adecuación del producto.
Para el año completo 2023, Volvo incrementó sus ventas netas en casi 80 mil millones de SEK, alcanzando los 553 mil millones de SEK, y el ingreso operativo ajustado a 77,6 mil millones de SEK (50,5), con un margen operativo ajustado del 14,0 % (10,7). Los ingresos del Grupo Daimler 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
En conjunto, el futuro de los vehículos de hidrógeno parece prometedor, ya que existe una creciente necesidad global de soluciones de transporte sostenibles. Sin embargo, para volverse más eficientes y seguros, los fabricantes e investigadores tecnológicos deberán trabajar en todos los aspectos de un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno, incluido el conjunto de celdas, el llenado de combustible, el tanque de combustible, el controlador y el sistema térmico.
Estos vehículos ofrecen varios beneficios, como torque instantáneo y características de potencia suave y constante, bajos requisitos de mantenimiento, ventajas de repostaje rápido, cero emisiones y más. Sin embargo, los fabricantes deberán trabajar más en los costos.
La adquisición de un coche de pila de combustible puede costar más que los automóviles convencionales de tamaño comparable. Sin embargo, existen varios incentivos disponibles en economías desarrolladas, como un reembolso de 4.500 $ (7.500 $ para compradores con ingresos calificados) del Programa de Reembolso de Vehículos Limpios de California y otros. Aunque estos incentivos impulsarían la adopción y visibilidad a corto plazo, el éxito a largo plazo solo será impulsado por los estándares de seguridad y rendimiento ofrecidos.
