Stuttgart, Alemania – La electromovilidad está adquiriendo cada vez más velocidad. Es un elemento importante para reducir las emisiones de CO2 del tráfico. Pero, ¿qué tan económico es operar camiones de carga pesada con cargas útiles de 40 toneladas en largas distancias usando sólo energía eléctrica de batería?
Dado el peso de la batería, los largos tiempos de carga y el alcance limitado de la tecnología actual, los trenes de potencia eléctrica no son la primera opción para los camiones pesados. Sin embargo, incluso los camiones de 40 toneladas podrán recorrer más de mil kilómetros en modo totalmente eléctrico en un futuro próximo. La clave para esto es el tren motriz de célula de combustible de Bosch.
Cuando se alimenta con hidrógeno producido con energía renovable, este tren motriz permite el transporte de bienes y mercancías sin afectar al clima.
Bosch está dando el primer paso en esta dirección al desarrollar el tren motriz de célula de combustible principalmente con un enfoque en los camiones, y la compañía planea comenzar la producción en 2022-2023.
Una vez que se hayan establecido en los camiones, los sistemas de propulsión con pila de combustible de Bosch se incorporarán cada vez más a los automóviles de pasajeros, convirtiéndolos, con razón, en parte integrante de la cartera de sistemas de propulsión del mañana.
Siete razones por las que las pilas de combustible y el hidrógeno son elementos cruciales para la movilidad del mañana:
1) Neutralidad climática
En una pila de combustible, el hidrógeno (H2) reacciona con el oxígeno (O2) del aire ambiente. La energía que esta reacción libera se convierte en electricidad, que se utiliza para la conducción. El calor y el agua pura (H2O) son otros productos de la reacción. El H2 se obtiene mediante electrólisis, en la que el agua se separa en hidrógeno y oxígeno con la ayuda de la electricidad.
La generación de esta electricidad a partir de energías renovables hace que el tren motriz de la célula de combustible sea completamente neutral para el clima. Especialmente para los vehículos grandes y pesados, las células de combustible tienen una mejor huella de carbono que los trenes motrices exclusivamente eléctricos de baterías si se suman las emisiones de CO2 para la producción, el funcionamiento y la eliminación.
Todo lo que necesitan los vehículos con células de combustible además de su depósito de hidrógeno es una batería mucho más pequeña para el almacenamiento intermedio de reserva. Esto reduce enormemente su huella de carbono en la producción.
«Las ventajas de la pila de combustible realmente entran en juego en aquellas áreas en las que los trenes de potencia eléctricos con batería no brillan», explica el Dr. Uwe Gackstatter, presidente de la división Powertrain Solutions de Bosch. «Esto significa que no hay competencia entre las células de combustible y las baterías, sino que se complementan perfectamente».
2) Posibles aplicaciones
El hidrógeno tiene una alta densidad de energía. Un kilogramo de hidrógeno contiene tanta energía como 3,3 litros de diesel. Para viajar 100 kilómetros, un coche de pasajeros sólo necesita alrededor de un kilogramo; un camión de 40 toneladas necesita unos buenos siete kilogramos. Al igual que con el diesel o la gasolina, sólo toma unos pocos minutos llenar un tanque vacío de H2 y continuar el viaje.
«Las células de combustible son la primera opción para transportar cargas más grandes durante muchos kilómetros cada día», dice Gackstatter, resumiendo las ventajas.
En el proyecto H2Haul financiado por la UE, Bosch está trabajando actualmente con otras empresas para construir una pequeña flota de camiones con células de combustible y ponerlos en marcha. Además de las aplicaciones móviles, Bosch está desarrollando pilas de células de combustible para aplicaciones estacionarias con tecnología de células de combustible de óxido sólido (SOFC).
Uno de los usos previstos para ellas es como pequeñas centrales eléctricas distribuidas en ciudades, centros de datos y puntos de carga para vehículos eléctricos. Si se quieren alcanzar los objetivos de acción climática de París, en el futuro el hidrógeno deberá alimentar no sólo los automóviles y los vehículos comerciales, sino también los trenes, los aviones y los barcos. Las industrias de la energía y el acero también están planeando hacer uso del hidrógeno.
3) Eficiencia
Uno de los factores decisivos para el respeto al medio ambiente y la rentabilidad de un tren de potencia es su eficiencia. Esta es alrededor de un cuarto más alta para los vehículos con celdas de combustible que para los vehículos con motores de combustión.
El uso de los frenos de recuperación aumenta aún más la eficiencia. Los vehículos eléctricos a batería, que pueden almacenar la electricidad directamente en el vehículo y utilizarla para la propulsión, son aún más eficaces. Sin embargo, como la producción de energía y la demanda de energía no siempre coinciden en el tiempo y el lugar, la electricidad procedente de las plantas eólicas y solares a menudo no se utiliza porque no puede encontrar un consumidor y no puede almacenarse. Aquí es donde el hidrógeno tiene su importancia.
El excedente de electricidad puede utilizarse para producirlo de forma descentralizada, listo para un almacenamiento y transporte flexibles.
Figura 1. Fuente: Bosch
4) Costos
El costo del hidrógeno verde bajará considerablemente cuando se amplíen las capacidades de producción y disminuya el precio de la electricidad generada a partir de fuentes renovables.
El Consejo del Hidrógeno, una asociación de más de 90 empresas internacionales, prevé que los costos de muchas aplicaciones del hidrógeno se reduzcan a la mitad en los próximos diez años, lo que las hará competitivas con otras tecnologías.
Bosch está trabajando actualmente con la empresa de arranque Powercell para desarrollar la pila, el núcleo de la pila de combustible, y prepararla para el mercado, con la consiguiente fabricación. El objetivo es una solución de alto rendimiento que pueda ser fabricada a bajo costo.
«A medio plazo, el uso de un vehículo con una pila de combustible no será más caro que el uso de uno con un tren de potencia convencional», dice Gackstatter.
5) Infraestructura
La red actual de estaciones de servicio de hidrógeno no ofrece una cobertura completa, pero las aproximadamente 180 estaciones de servicio de hidrógeno en Europa ya son suficientes para algunas rutas de transporte importantes. Las empresas de muchos países están cooperando para impulsar la expansión, a menudo con el apoyo de subvenciones estatales.
También en Alemania, los políticos han reconocido el importante papel del hidrógeno en la descarbonización de la economía y lo han anclado en la Estrategia Nacional del Hidrógeno.
Por ejemplo, la empresa conjunta H2 Mobility habrá construido en Alemania unas 100 estaciones de servicio de acceso público para fines de 2020, mientras que el proyecto H2Haul, financiado por la Unión Europea, está funcionando no sólo en los camiones sino también en las estaciones de servicio necesarias en sus rutas previstas. Japón, China y Corea del Sur también tienen amplios programas de apoyo.
6) Seguridad
El uso de hidrógeno gaseoso en los vehículos es seguro y no más peligroso que otros combustibles o baterías para automóviles. Los depósitos de hidrógeno no suponen un mayor riesgo de explosión.
Es cierto que el H2 se quema en combinación con el oxígeno y que una mezcla de ambos más allá de una cierta proporción es explosiva. Pero el hidrógeno es unas 14 veces más ligero que el aire y, por lo tanto, extremadamente volátil. Por ejemplo, cualquier H2 que escape del tanque de un vehículo se elevará más rápido de lo que puede reaccionar con el oxígeno del ambiente.
En una prueba de incendio realizada en un coche con pila de combustible por investigadores de EE.UU. en 2003, hubo un incendio repentino, pero se apagó rápidamente de nuevo. El vehículo permaneció en gran parte intacto.
7) Tiempo
La producción de hidrógeno es un proceso probado y tecnológicamente sencillo. Esto significa que puede ser acelerado rápidamente para satisfacer una mayor demanda. Además, las pilas de combustible han alcanzado ya la madurez tecnológica necesaria para su comercialización y uso generalizado.
Según el Consejo del Hidrógeno, la economía del hidrógeno puede llegar a ser competitiva en los próximos diez años, siempre que haya suficiente inversión y voluntad política. «El momento de entrar en la economía del hidrógeno es ahora», dice Gackstatter.
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