¿Son las pilas de combustible de hidrógeno el futuro de los vehículos eléctricos?

La adopción de vehículos eléctricos de batería (BEV) en Norteamérica parece haber encontrado un obstáculo.  Con bajos valores de reventa, costos de reparación caros, y una infraestructura rezagada, las ventas han disminuido – notablemente.  Incluso ha habido reversiones de decisiones por parte de grandes compañías de alquiler como Hertz, que han decidido deshacerse de una gran parte de los EVs en su flota, volviendo a sus contrapartes de motor de combustión interna (ICE).

Aunque este pueda ser el caso, sería una locura pensar que la transición lejos de algo tan omnipresente como el motor de combustión interna (ICE) sucedería sin problemas. Siempre habría contratiempos, y siempre se plantearían preguntas válidas a lo largo del camino sobre los méritos de los vehículos eléctricos.

En conclusión, el cambio hacia los vehículos eléctricos no es solo un deseo de unos pocos; es una necesidad de muchos en la lucha contra el cambio climático.  Sin embargo, si la generación actual de EVs no está a la altura, ¿qué otras opciones tenemos?  Para muchos, la respuesta es una que se ha contemplado durante años y que recientemente ha visto avances críticos: los Vehículos Eléctricos de Hidrógeno (HEV).

Mejorando la Durabilidad de las Pilas de Combustible de Hidrógeno

En un estudio reciente estudio¹, un equipo de investigación conjunto compuesto por científicos de Harvard y la Universidad Nacional de Incheon detalló un nuevo enfoque para construir pilas de combustible de hidrógeno que resultaría en una mayor durabilidad y vida útil.

Más específicamente, el estudio observó el desarrollo de una “categoría de membranas electrolíticas resistentes a la fatiga, compuestas por una red interpenetrante de Nafion y perfluoropolieter (PFPE).” Al usarse, se notó que la fatiga típica, que se presenta como fracturas por estrés que ocurren durante el uso regular de las pilas de combustible, podría reducirse considerablemente.

Al incorporar el material en las membranas electrolíticas dentro de una pila de combustible, el estudio mostró que elevó el “…umbral de fatiga en un 175% y extiende la vida útil de la pila de combustible 1,7 veces. Además, la membrana Nafion sin modificar muestra una vida útil de 242 horas, mientras que la membrana compuesta se observó con una vida útil de 410 horas.”

Aunque el equipo señaló que la introducción de este material degradó ligeramente el rendimiento de las pilas de combustible, la asombrosa mejora en durabilidad/longitud de vida es claramente un intercambio que vale la pena. De cara al futuro, si se espera que las pilas de combustible de hidrógeno sustituyan a sus contrapartes de baterías en el sector de los EV, estos son los tipos de avances que deben realizarse. Sin embargo, es importante recordar que la mejor tecnología no siempre prevalece. La ventaja del pionero es real, y los EV alimentados por baterías están claramente a la cabeza, a pesar de una reciente caída del mercado.

¿Qué son los Vehículos Eléctricos de Hidrógeno (HEV)?

Un vehículo eléctrico es aquel que depende de motores alimentados por electricidad en lugar de un motor impulsado por la combustión de combustible. En la actualidad, la gran mayoría de los vehículos eléctricos utilizan paquetes de baterías pesados para almacenar y suministrar la electricidad que alimenta estos motores. Como se mencionó, existe otro enfoque para los EV que parece estar ganando tracción: las pilas de combustible de hidrógeno.

En los Vehículos Eléctricos de Hidrógeno (HEV), a veces llamados Vehículos Eléctricos de Pilas de Combustible (FCEV), la electricidad necesaria para alimentar el(los) motor(es) se proporciona mediante una reacción electroquímica que hace que el hidrógeno, almacenado como líquido o gas comprimido, se divida en protones y electrones. Todo el proceso funciona de la siguiente manera:

1. El hidrógeno almacenado en un tanque de alta presión se libera bajo demanda a una pila de combustible.
2. El hidrógeno introducido en la pila de combustible se divide en protones y electrones.
3. Los electrones se utilizan para alimentar los motores, que a su vez impulsan las ruedas.
4. Los protones se combinan con el oxígeno del aire, produciendo dos subproductos: calor y vapor de agua.

Curiosamente, algunos HEV híbridos utilizan un paquete de baterías más pequeño para capturar la energía perdida mediante frenado regenerativo, combinando lo mejor de ambos mundos.

¿Cuál es el atractivo del hidrógeno?

Los atractivos de los HEV son variados pero sustanciales, al igual que los de los EV alimentados por baterías. Así que, aunque las variantes alimentadas por baterías dominan actualmente el mercado, no se ha declarado de ninguna manera que sean el enfoque ganador. De hecho, cada uno de los siguientes factores indica que los HEV son superiores de alguna manera.

Generación y Almacenamiento: Los paquetes de baterías típicamente comprenden materiales obtenidos mediante grandes operaciones mineras invasivas que causan estragos en la Tierra, socavando la premisa de que su uso es bueno para el medio ambiente. El hidrógeno, por otro lado, puede capturarse mediante medios como la electrólisis sostenible y potencialmente reservas naturales.

Además, el hidrógeno puede comprimirse fácilmente en un líquido y transportarse sin problemas en grandes cantidades. No requiere líneas de transmisión desde el punto de creación, lo que hace el proceso más flexible.

Rendimiento: Desde el punto de vista del rendimiento, no hay una gran diferencia entre los HEV y los BEV. Ambos tipos de vehículos utilizan motores para impulsar sus ruedas motrices, lo que significa que ambos se beneficiarán del torque instantáneo y la potencia sinónimos de la tecnología.

Emisiones: En cuanto a emisiones, el hidrógeno es probablemente mejor. Aunque técnicamente es un emisor secundario, esto implica solo vapor de agua saliendo del tubo de escape. Mientras tanto, los BEV no tienen emisiones en absoluto. Lo que diferencia al hidrógeno es el proceso de fabricación, ya que los paquetes de baterías que evita requieren una minería extensa para su creación, dañando la Tierra en el proceso.

Reabastecimiento: El reabastecimiento es uno de los mayores atractivos del hidrógeno, ya que es un factor con el que los usuarios finales lidiarán de primera mano de forma regular. Mientras los BEV típicamente requieren largos tiempos de carga e infraestructura especializada, los HEV pueden reabastecerse tan rápido como un vehículo de gasolina o diésel convencional.

Autonomía: Aunque la tecnología de baterías está mejorando, para que un BEV alcance la misma autonomía que un ICE tradicional, se requiere un paquete de baterías masivo. Esto resulta en tiempos de carga más largos, una mayor huella ambiental y pérdidas de eficiencia debido al peso. Por otro lado, el hidrógeno ofrece cifras de autonomía típicamente equiparables a las del ICE, eliminando por completo la ansiedad de autonomía.

Climas Fríos: Parte de la ansiedad de autonomía que afecta a los propietarios de BEV depende de la región. Muy pocos lugares cuentan con condiciones climáticas ideales para un BEV, lo que resulta en una reducción drástica de la autonomía para muchos clientes. Mientras que el hidrógeno pierde algo de autonomía en clima frío, no es tan dramático, lo que lo convierte en una opción más atractiva para muchos.

Como puede verse, hay varias áreas críticas en las que los HEV pueden superar a sus variantes con paquetes de baterías. Donde comienzan a rezagar es en la complejidad, la necesidad de adaptar la infraestructura de reabastecimiento existente y el posible advenimiento de baterías de estado sólido.

Empresas del Sector que Desarrollan Soluciones de Hidrógeno

La industria de los EV puede estar experimentando algunos tropiezos en este momento, pero sigue siendo claro que son el futuro del transporte. Lo que no está tan claro es qué forma tomarán los EV. ¿Serán alimentados por baterías? ¿O dependerán de pilas de combustible de hidrógeno? El siguiente par de compañías apuesta por lo último y ya han comenzado a planificar ese futuro.

*Las cifras proporcionadas a continuación eran precisas al momento de escribir y están sujetas a cambios. Cualquier inversor potencial debe verificar los métricos*

1. Toyota

Como el mayor fabricante de automóviles del mundo, no debería sorprender que Toyota se haya aventurado en el ámbito de los HEV. Curiosamente, mientras la compañía desarrolla activamente soluciones de baterías de estado sólido, Toyota ha rechazado los EV de batería actuales. En su lugar, Toyota ha dejado claro que cree que un futuro más brillante está con los HEV e incluso con motores de combustión de hidrógeno.

Cabe destacar que Toyota comenzó a desarrollar la tecnología HEV en 1992, culminando con el lanzamiento del ‘Mirai’, un sedán que ofrece reabastecimiento en 5 minutos, 650 km de autonomía y cero emisiones nocivas.

2. Plug Power

(PLUG )

Plug Power Inc., establecida en 1997 y con sede en Latham, Nueva York, sigue siendo un actor clave en el avance de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno. Cabe destacar que Plug Power no se centra únicamente en automóviles y camiones; la compañía diseña y fabrica dichos sistemas para instalaciones más pequeñas que utilizan motores eléctricos.

En los últimos años, Plug Power ha ampliado su enfoque más allá de las pilas de combustible para la manipulación de materiales y ha comenzado a dirigirse a mercados más amplios. Esto incluye sistemas de energía estacionaria, flotas de vehículos de reparto e incluso posibles aplicaciones en la aviación. Las adquisiciones estratégicas de la compañía, como United Hydrogen y Giner ELX, han reforzado aún más su posición en la economía del hidrógeno al mejorar sus capacidades en generación, licuefacción y distribución de hidrógeno.

Palabra Final

Con los EV de batería tambaleándose, se está poniendo más foco en alternativas potenciales. En la actualidad, las soluciones de hidrógeno están al frente, y aunque pueda ser fácil descartar la tecnología a primera vista, recuerde que no es solo Toyota quien impulsa el hidrógeno. Ya existen asociaciones y desarrollos de soluciones de hidrógeno que involucran a compañías como Honda, GM, Hyundai y más.

Con el acceso creciente al hidrógeno de origen sostenible aumentando cada día, el futuro de los EV podría verse ligeramente diferente de lo que muchos imaginan.

Estudios Referenciados:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, D. Y., Lee, W. Y., Choi, W., Kim, D. J., Lee, S. H., Jeong, S. K., Park, J. H., Park, S., & Kim, J. Y. (2024). Membranas electrolíticas resistentes a la fatiga para pilas de combustible de membrana electrolítica de polímero duraderas. Advanced Materials, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}