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HIDRÓGENO: COMBUSTIBLE ALTERNATIVO DEL PRESENTE Y FUTURO

El hidrógeno no es un recurso natural, sino un vector energético, lo que implica que hay que producirlo. Se puede obtener de diferentes recursos naturales como por ejemplo el agua, la biomasa, los combustibles fósiles, multitud de compuestos químicos, etc., mediante diferentes tecnologías como por ejemplo electrólisis, gasificación, reformado, termólisis, procesos biológicos, etc.

La electrolisis es el proceso mediante el cual se genera hidrógeno, oxígeno y calor a partir de agua y electricidad. La generación de hidrógeno mediante electrolisis (alcalina o polimérica), proviniendo la electricidad que alimenta el electrolizador de excesos de energías renovables, es la forma óptima de generación de hidrógeno, pues el hidrógeno generado estaría libre de emisiones de efecto invernadero, no se generaría ningún tipo de residuo y se estaría favoreciendo la penetración de las energías renovables, al generar hidrógeno cuando no existe capacidad de verter la energía

El hidrógeno tiene una densidad muy baja (unas 13 veces inferior a la del aire) y a temperatura ambiente ocupa un volumen considerable, recurriendo a la compresión como forma habitual de almacenamiento en vehículos (entre 350 bar para vehículos pesados tipo autobuses y/o camiones y 700 bar para turismos).

El hidrógeno almacenado a presión será suministrado al vehículo eléctrico de pila de combustible, el cual lo combinaría con el oxígeno del aire, teniendo como única emisión vapor de agua. Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico capaz de convertir la energía química del combustible en energía eléctrica, mediante su combinación con el oxígeno del aire.

En la actualidad existen tres fabricantes que disponen ya de vehículos eléctricos con pila de combustible tipo turismo a nivel comercial (Hyundai, Toyota y Honda) y varios fabricantes que disponen de prototipos tecnológicos muy avanzados, con previsiones de salir al mercado en el corto plazo (General Motors, Volkswagen, Audi, BMW, etc.).

La movilidad con hidrógeno dentro de las ciudades está tomando una importancia relevante, saliendo al mercado diferentes fabricantes de autobuses urbanos eléctricos de pila de combustible. En la actualidad, existen en Europa más de 300 autobuses eléctricos de pila de combustible circulando, algunos de ellos con más de 10 años de operación. De la misma forma, existen varios fabricantes de autobuses eléctricos de pila de combustible como Van-Hool, Toyota, Hyundai, Alexander-Dennis, Safra, WrightBus, Caetano, Ursus y Solaris, siendo esta última compañía comprada recientemente por el grupo CAF.

Además del uso del hidrógeno como combustible alternativo en autobuses urbanos, existen también camiones de basura que funcionan con hidrógeno como combustible, siendo esta tipología de vehículos realmente interesante pues además de la reducción de emisiones asociada al uso del hidrógeno como combustible, existe una reducción muy importante de la contaminación acústica, al ser el vehículo eléctrico de pila de combustible un vehículo sin partes móviles y, por tanto, muy silencioso.

Otro sector donde el hidrógeno está tomando una relevancia considerable como combustible alternativo, es la movilidad en el interior de centros logísticos, mediante su uso en carretillas elevadores, consiguiéndose menores tiempos de repostaje, mayor autonomía y una entrega de potencia constante durante todo el ciclo de conducción.

Adicionalmente, en la actualidad, se está comenzando a utilizar hidrógeno en transporte por carretera de largas distancias, como es el caso de los camiones de Nicola Motors. Se trata de camiones con una autonomía por encima de los 1.000 km, y que son capaces de transportar grandes cargas.

Un sector donde el hidrógeno tiene mucho sentido y en los últimos años se está desarrollando con mucha intensidad es la movilidad en el sector ferroviario. Actualmente los principales fabricantes de trenes como Alstom y Siemens tienen ya sus prototipos para utilizarlos en líneas no electrificadas. En concreto, Alstom cuenta desde septiembre de 2018 con el tren Coradia Ilint que permite recorrer 800 km con 160 pasajeros y a una velocidad de 140 km/h, utilizando para ello 200 kg de hidrógeno y pilas de combustible poliméricas.

Otro sector en el que el hidrógeno está comenzando a entrar con fuerza es el transporte marítimo, pues las regulaciones ambientales se están endureciendo de forma muy severa, necesitando este tipo de embarcaciones incluir hidrógeno como combustible alternativo. En la actualidad, existen varios prototipos de barcos funcionando con hidrógeno y en el corto-medio plazo, el hidrógeno como combustible para el sector marítimo será una realidad.

A finales del año 2018, el total de vehículos de pila de combustible en funcionamiento superó los 12.900, mostrando un incremento del 80% con respecto a finales del año 2016. El 46% de los vehículos se encuentran en los Estados Unidos, seguido por Japón (23%) y China (14%). La mayoría de los vehículos son turismos y autobuses a excepción de China donde dominan los vehículos comerciales tipo camión. En España, hay 32 vehículos de pila de combustible matriculados, aunque de ellos solo tres son comerciales (Hyundai IX35 del CNH2 y dos Hyundai Nexo de Hyundai Motor España). No obstante, esta previsto que de aquí al año 2030 los vehículos alimentados por hidrógeno alcancen una cuota de penetración en el mercado de alrededor del 10%.

Las estaciones de repostaje de hidrógeno o hidrogeneras, son las infraestructuras donde recargan sus tanques de combustible los vehículos eléctricos de pila de combustible. Existen diferentes tipologías de hidrogenera: en cuanto a la forma de suministrar el hidrógeno, pueden ser de hidrógeno gaseoso, hidrógeno líquido y mixtas (gaseoso y líquido), siendo las más habituales las hidrogeneras que suministran hidrógeno en forma gaseosa. Dentro del suministro gaseoso del hidrógeno, existen dos presiones de suministro que son los 350 bar, que se utiliza fundamentalmente para vehículos pesados tipo autobuses y camiones y los 700 bar para turismos fundamentalmente.

A enero de 2019, existían 369 estaciones de repostaje de hidrógeno o hidrogeneras operativas en todo el mundo. De ellas, 152 se encuentran en Europa, 136 en Asia, 78 en América del Norte y tres en Sudamérica, Australia y Dubái. En España actualmente solo existen cuatro hidrogeneras (Puertollano, Albacete, Huesca y Sevilla), todas ellas a 350 bar de presión y todas ellas experimentales. No obstante, está prevista la instalación de mas de 15.000 hidrogeneras hasta el año 2030 a nivel mundial.

Las principales ventajas del uso del hidrógeno como combustible alternativo, considerando que el hidrógeno se genera a partir de energías renovables y, por lo tanto, que el ciclo completo de generación y transformación está libre de emisiones contaminantes, son las siguientes:

  • Elevada eficiencia energética. 1 kg de hidrógeno equivale aproximadamente a 3,5 litros de diésel y una pila de combustible es el doble de eficiente que un motor de combustión interna, con lo que 1 kg de hidrógeno equivale a 7 litros de diésel, y con 1 kg de hidrógeno se pueden recorrer aproximadamente 120 km (para el caso de turismos), por lo tanto, con 33,33 kWh de energía se pueden recorrer 100 km, mucho más eficiente que los vehículos alimentados por combustibles convencionales. Adicionalmente la densidad de energía por unidad de masa es 3,5 veces la de los vehículos eléctricos y el tiempo de repostaje es inferior a los cinco minutos.
  • Combustible autóctono. El hidrógeno se puede generar a partir de diferentes fuentes (agua, biomasa, biogás, residuos orgánicos, …), mediante diferentes procesos de transformación (electrolisis, gasificación, reformado, microbiológicos), lo cual da seguridad en cuanto al suministro y evita las dependencias del exterior.
  • Ausencia de contaminantes a la atmósfera. El hidrógeno se combina con el oxígeno del aire en la pila de combustible, produciendo electricidad, agua y calor como productos. La electricidad y el calor se aprovechan, siendo la única emisión asociada el vapor de agua que el vehículo emite por el tubo de escape.
  • Ayuda a la penetración de las energías renovables. En países como España que disponen de mucha potencia instalada de energías renovables, existen problemas para poder aprovechar toda la energía renovable, pues, por ejemplo, en noches de viento, se tienen que parar aerogeneradores porque no hay suficiente demanda de energía, con la consiguiente pérdida de energía renovable. Utilizando electrolizadores que permitan generar hidrógeno con estos excesos de energías renovables, se ayuda a la gestionabilidad de las mismas y, por lo tanto, a su penetración en mayor grado en la matriz energética.
  • Mejora de la seguridad vial y para las personas. Los vehículos eléctricos alimentados con pila de combustible son vehículos tecnológicamente muy desarrollados, que aportan aspectos técnicos y operativos diferenciales como por ejemplo par de potencia mayor, mayor seguridad al disminuirse el volumen de fluido inflamable que el usuario debe transportar y menor generación de ruidos, lo cual impacta directamente en el bienestar de los usuarios, los viandantes y las grandes ciudades.

Centro Nacional de Experimentación de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible (CNH2)  – www.cnh2.es

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