El hidrógeno, el elemento más simple y abundante del universo, promete revolucionar la movilidad en el futuro cercano. La industria automotriz lleva más de 30 años investigando nuevas tecnologías para reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Existen dos tipos principales de tecnologías basadas en hidrógeno pero no todo es tan fácil como parece.
Tecnología Fuel Cell EV
El sistema de «pila de combustible» es una tecnología que convierte el hidrógeno en electricidad para alimentar vehículos eléctricos. En lugar de depender de baterías grandes y pesadas, las pilas de combustible generan electricidad de manera continua mediante una reacción entre el hidrógeno y el oxígeno del aire que se recoge del exterior, produciendo agua y calor como únicos subproductos.
Esta tecnología es altamente eficiente, con una eficiencia de conversión energética superior al 60%, y el único residuo es vapor de agua.
Como referencia, un coche de gasolina tiene una eficiencia del 20-25%, y llega hasta el 40 o 50% si es híbrido.
Los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno son completamente eléctricos y no requieren baterías de alta capacidad, ya que las pilas de combustible suministran la corriente necesaria para el motor eléctrico.
La principal ventaja con respecto a los vehículos EV que conocemos es que no hace falta una batería de 600 kg y 100 kW para moverse con gran autonomía, pues la «pila» genera una corriente continua donde además las emisiones son 0.
Aunque esta tecnología parece mágica y presenta ventajas en términos de eficiencia y emisiones, todavía enfrenta desafíos tecnológicos muy significativos.
Los desafíos tecnológicos del hidrógeno
Extracción del hidrógeno
El hidrógeno puede obtenerse mediante varios métodos:
- Electrólisis del Agua: Utiliza electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Este proceso es limpio si la electricidad proviene de fuentes renovables, pero es costoso y requiere mucha energía, produciendo lo que se conoce como «hidrógeno verde».
- Reformado de Gas Natural: Extrae hidrógeno del gas natural, aunque emite dióxido de carbono, lo que plantea problemas ambientales.
- Gasificación de Biomasa: Produce hidrógeno a partir de materiales orgánicos, con un impacto ambiental menor que el reformado de gas natural, pero es un proceso más complejo.
El hidrógeno se clasifica en diferentes colores según su procedencia: gris (gas natural), azul (gas natural con captura de CO₂), turquesa (metano) y negro (carbón).
Depósito de combustible
El hidrógeno para ser utilizado necesita estar en estado líquido y la temperatura a la que hay que someterlo para que esto sea posible es cercana al ‘0 absoluto’: -253 Cº.
Esto requiere de depósitos de alta presión de 700 bares (una cafetera funciona entre 15 y 20 bar) que sean capaces de mantener líquido y estable al hidrógeno.
Las medidas de seguridad requeridas hacen que sean muy pesados, aunque no tanto como las baterías de alta capacidad de los coches eléctricos. Pero esta es la única solución para que el hidrógeno sea suficientemente denso energéticamente como para producir la reacción en las celdas. De lo contrario nada de esto funcionaría.
Por tanto, el principal escollo tecnológico de los vehículos de hidrógeno es cómo hacer que el hidrógeno esté en estado líquido, sea estable y haga funcionar el vehículo sin problemas de seguridad.
¿Cuánto hidrógeno se necesita para un coche?
En general, los vehículos de hidrógeno suelen llevar entre 4 y 6 kg de hidrógeno en sus tanques de almacenamiento. Utilizando al Toyota Mirai como ejemplo (5,6 kg), esto se traduce en unos 132 litros de volumen de hidrógeno a alta presión.
Esto es suficiente para dar autonomías bastante largas, que van desde los 700 hasta los 1000 km por tanque en el mejor de los casos. Estas mediciones todavía están en fase de pruebas.
Se podría decir que hace falta el doble de hidrógeno que de gasolina para llenar el depósito de un coche que sea capaz de hacer una distancia equivalente, teniendo en cuenta que un vehículo de gasolina convencional utiliza entre 50 y 60 litros.
Aunque este un ejemplo que hay que coger con pinzas, pues estamos comparando los litros de alta presión del hidrógeno con los litros a presión ambiental de la gasolina, con el único propósito de presentar una referencia visual.
Infraestructura en construcción
La infraestructura para la recarga de hidrógeno es aún limitada en comparación con las estaciones de carga para vehículos eléctricos o gasolineras. En España, hay 12 hidrogeneras en total, con 2 abiertas al público, 7 privadas y 3 en construcción.
Aunque hay proyectos que buscan utilizar la infraestructura existente de gasolineras para transportar hidrógeno, superar los desafíos tecnológicos de extracción, almacenamiento y repostaje a alta presión llevará mucho tiempo.
El elevado coste tecnológico
La tecnología de celdas de combustible para vehículos Fuel Cell o FCEV es notablemente costosa debido a varios factores. Las celdas de combustible requieren materiales caros y avanzados, como platino para los catalizadores, y componentes especializados para manejar el hidrógeno a alta presión y convertirlo en electricidad de manera eficiente.
Además, la producción y ensamblaje de estas celdas implican procesos altamente precisos y sofisticados. El coste también se ve elevado por la infraestructura necesaria para almacenar y distribuir hidrógeno, y por la inversión en investigación y desarrollo para mejorar la durabilidad y eficiencia de las celdas.
Motores de Combustión por Hidrógeno ¿La solución al ruido?
Los motores de combustión por hidrógeno utilizan hidrógeno en un motor de combustión interna modificado. Aunque el hidrógeno se quema para generar potencia, el proceso es menos eficiente que las celdas de combustible de los FCEV.
Los motores de combustión de hidrógeno, también conocidos como ICE H2, funcionan en esencia igual que los de toda la vida. El combustible explota dentro del cilindro y se produce movimiento.
La pega es que estos motores de quema de hidrógeno tienen una eficiencia térmica mucho menor y producen óxidos de nitrógeno (NOx), aunque en menor cantidad que los motores diésel. Son menos eficientes y menos limpios que la versión eléctrica del hidrógeno.
Además, la potencia calorífica del hidrógeno es inferior a la de la gasolina, lo que significa que se necesita más hidrógeno para generar la misma cantidad de energía. Un coche normal y corriente es capaz de aprovechar el 20-25% del combustible para generar movimiento. En los híbridos esto se eleva casi al 50% gracias a las ventajas del motor eléctrico. En estos ICE H2 la eficiencia puede llegar a ser menor al 20%.
No obstante, las sensaciones de conducción y el sonido que emiten recuerda mucho a los motores de gasolina convencionales, por lo que algunas marcas están apostando por investigar esta tecnología para salvar una de las principales esencias de la automoción: el sonido.
Desafíos tecnológicos de los motores de combustión por hidrógeno
- Adaptaciones del motor: El desafío aquí es que el motor debe ser modificado para soportar las altas temperaturas y presiones generadas por la combustión del hidrógeno. Es bastante costoso y la tecnología todavía está en desarrollo. No existe ninguna versión de producción, a diferencia de los Fuel Cell EV.
- Depósito de combustible: Similar a los Fuel Cell EV, el hidrógeno debe almacenarse a alta presión (con todos los inconvenientes mencionados), y el motor debe ser modificado para soportar las temperaturas y presiones generadas.
- Ineficiencia de la combustión: La quema de hidrógeno es menos eficiente que el uso de celdas de combustible, con pérdidas de energía significativas en forma de calor y producción de emisiones de NOx.
Destinado para las carreras
El Toyota GR Corolla H2 es un ejemplo de motor de combustión por hidrógeno en pruebas. Aunque actualmente se utiliza principalmente en competiciones y pruebas de rendimiento, su aplicación masiva en vehículos de calle sigue siendo incierta debido a los costes y desafíos tecnológicos asociados. Extraer hidrógeno y almacenarlo es muy caro. Quemarlo sencillamente no es rentable.
Sí parece ser el caso de los Fuel Cell EV, (tecnología que llegará al WEC en 2026) que cuentan con numerosas ventajas frente al eléctrico a baterías en cuanto a peso, tiempo de repostaje y emisiones, pero que todavía tienen que superar muchos obstáculos tecnológicos para que sean una realidad.
Pase lo que pase, el futuro pasa por la coexistencia de multitud de tecnologías eficientes para hacer del transporte una opción asequible para los ciudadanos de a pie, y no por la imposición de una de tantas opciones por motivos «verdes» o políticos.
