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Celdas de combustible de hidrógeno: respondemos a todas sus preguntas

| 12 min.
Se oyen muchos rumores en torno al hidrógeno y si podría sustituir al diésel en el futuro. Pero, ¿cómo funciona la tecnología? ¿Cuáles son los pros y los contras del hidrógeno? ¿Cómo se compara con los camiones eléctricos? A continuación, encontrará las respuestas a algunas de las preguntas más habituales sobre las celdas de combustible de hidrógeno.

¿Qué es el hidrógeno y por qué genera tanto entusiasmo?

El hidrógeno es un elemento químico que forma parte de muchos compuestos naturales, incluida el agua. El hidrógeno (H2) utilizado en los vehículos es un gas inodoro y normalmente se produce extrayendo hidrógeno del agua o del gas natural.

Aunque en la actualidad capte mucho la atención, la tecnología del hidrógeno no es nada nuevo. De hecho, el hidrógeno se ha utilizado durante mucho tiempo para propulsar naves espaciales. Pero se está observando un interés renovado, gracias al impulso para descarbonizar el sector del transporte, la reducción del coste de las energías renovables y estrategias más detalladas de Gobiernos de todo el mundo para desarrollar aún más la tecnología.
 

¿Cómo se produce el combustible de hidrógeno?

El reformado de metano con vapor, o SMR, es el método más habitual para producir hidrógeno a gran escala industrial. En este proceso, el metano en el gas natural reacciona con el vapor, produciendo hidrógeno y monóxido de carbono. El monóxido de carbono sufre más reacciones, generando más hidrógeno. El hidrógeno también puede proceder del agua a través de un proceso denominado electrólisis, con el que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno con electricidad.

También existen otras fuentes de hidrógeno, como la gasificación de la biomasa, con lo que la materia vegetal se calienta y reacciona para producir hidrógeno y dióxido de carbono, y la fermentación, a través de la cual, ciertos tipos de bacterias generan hidrógeno como parte de su metabolismo. El hidrógeno también se puede producir al dividir el agua en células solares sumergidas en agua.  
 

¿Cómo se distribuye el combustible de hidrógeno?

Aunque se puede distribuir hidrógeno a través de las tuberías que se utilizan para el gas natural, la mayor parte del hidrógeno que se utiliza como combustible en la actualidad se produce en grandes plantas y, a continuación, se transporta con remolques especiales de hidrógeno líquido. El hidrógeno también se puede generar en las estaciones de servicio mediante SMR o electrólisis. Pero este enfoque por lo general es menos efectivo y resulta costoso.
 

¿Cómo funciona una celda de combustible de hidrógeno?

Un vehículo con celda de combustible funciona en cierto modo como un motor de combustión interna, excepto que el sistema no quema el hidrógeno que extrae de un depósito presurizado, sino que lo fusiona con oxígeno para producir electricidad y alimentar un motor eléctrico. El proceso se lleva a cabo en una celda de combustible PEM (membrana de electrolito polimérico) formada por conjuntos de placas finas, separadas por membranas.

¿Cómo se utiliza el hidrógeno en los camiones?

El hidrógeno se puede utilizar para alimentar un motor de combustión interna, que es similar a un motor de gas natural comprimido (GNC). Otra solución es usar hidrógeno en una celda de combustible donde genera electricidad para impulsar el vehículo. El hidrógeno también se puede utilizar como celda de combustible auxiliar para aumentar la autonomía en un vehículo eléctrico alimentado por batería.
 

¿Cuáles son algunas de las ventajas que presenta el combustible de hidrógeno?

Cuando se utiliza hidrógeno para alimentar una celda de combustible, los únicos subproductos son agua y calor, es decir, no se generan contaminantes ni gases de efecto invernadero. Dependiendo de cómo se produzca el hidrógeno, puede resultar una alternativa extremadamente limpia al diésel. El hidrógeno también tiene una gran ventaja: 80 kg de hidrógeno pueden proporcionar suficiente energía para que un camión recorra 800 km. Además, el proceso de repostaje para vehículos de hidrógeno es rápido y sencillo.

La propulsión en los vehículos de celda de combustible de hidrógeno es eléctrica. Esto significa que la experiencia de conducción se percibe como la conducción de un camión eléctrico; sin ruido de motor, con un arranque rápido y la posibilidad de recuperar energía de frenado.
 

¿Cuáles son algunas de las desventajas que presenta el combustible de hidrógeno?

El hidrógeno es muy reactivo, por lo que tiende a erosionar otros materiales y también es altamente inflamable, unos factores que lo hacen difícil y costoso de transportar. Otro gran problema es la falta y el alto coste de construir una infraestructura de hidrógeno. En la actualidad, solo hay 337 estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo, la mayoría de ellas en Alemania y Japón. Aunque se ha demostrado que la infraestructura de GNC existente se puede utilizar para transportar y almacenar hidrógeno, no resulta una buena solución para las celdas de combustible que deben funcionar con hidrógeno muy limpio.

Las celdas de combustible de hidrógeno también son caras de fabricar, ya que la producción sigue siendo reducida e implica procesos manuales. Otro componente clave del coste es el depósito de hidrógeno, que es grande y ocupa mucho espacio. Por último, está el coste del combustible de hidrógeno, que es significativamente más alto que el diésel.
 

¿Hasta qué punto es respetuoso con el medio ambiente el hidrógeno?

Cuando el hidrógeno reacciona con el oxígeno en una celda de combustible, el único resultado es agua. Por ello, si un camión funciona con una celda de combustible, no genera emisiones dañinas por el tubo de escape. Pero cualquier medición del impacto climático también debe tener en cuenta el proceso de producción del hidrógeno, que consume mucha energía. La mayor parte del hidrógeno actual se produce mediante carbón o gas natural. Pero si la electricidad utilizada para la producción procede de fuentes de energía renovables, el combustible de hidrógeno puede tener una huella de carbono casi neutra (que es lo que se conoce como "hidrógeno verde"). Otra forma de reducir la huella del hidrógeno es la captura de carbono (CCS), que es el proceso mediante el cual las emisiones de CO2 del SMR se capturan, transportan y aíslan de forma permanente a gran profundidad.
 

¿Cómo se comparan los camiones de hidrógeno con los camiones eléctricos?

Para que cualquier alternativa al diésel tenga éxito, debe ofrecer una clara ventaja en cuanto a coste, autonomía y disponibilidad de la infraestructura.  Así es como las celdas de combustible de hidrógeno se comparan con los vehículos eléctricos:

Coste: Tanto las celdas de combustible de hidrógeno como las baterías de iones de litio son más caras que el diésel. Sin embargo, el coste de las baterías de iones de litio se está reduciendo rápidamente. Bloomberg predice que el punto de transición, es decir, el momento en que los vehículos eléctricos se vuelvan más baratos que sus equivalentes de motores de combustión, podría ser en 2022. Debido a que el desarrollo y la implantación de vehículos de hidrógeno ha sido limitado, es difícil medir ganancias similares.

Alcance: Las celdas de combustible de hidrógeno tienen una mayor densidad de energía que las baterías y, por lo tanto, proporcionan una mayor autonomía a un vehículo. De hecho, la relación energía/peso de un depósito de hidrógeno a 700 bares es diez veces superior a la de una batería. Las celdas de combustible de hidrógeno también son más ligeras que las baterías, lo que significa que los vehículos de hidrógeno pueden asumir una carga útil mayor.

Infraestructura: El desarrollo y la producción de baterías de iones de litio ha progresado mucho más que las celdas de combustible de hidrógeno. Los camiones eléctricos han demostrado ser comercialmente viables, sobre todo en el transporte urbano. La infraestructura de repostaje para vehículos eléctricos también ha avanzado mucho. En Estados Unidos, por ejemplo, había 20 000 estaciones de carga eléctrica en 2018 y menos de 45 estaciones de recarga de hidrógeno.
 

¿Sustituirá el hidrógeno a los camiones diésel o eléctricos?

El hidrógeno está cobrando mucho impulso. La mayoría de las principales empresas de automóviles y camiones, incluida Volvo Trucks, están investigando, trabajando en soluciones y creando asociaciones para desarrollar la tecnología. Pero el sector de la automoción no es el único que se está dando cuenta del potencial del hidrógeno.

Con la creciente preocupación por el cambio climático y las demandas de una 'recuperación verde' de la COVID-19, los Gobiernos están mostrando un mayor interés (e inversión) en el hidrógeno. Solo en pasado mes de mayo la UE anunció un plan de recuperación de 750 000 millones de euros para financiar el transporte y las industrias ecológicas. El plan, que se centra en el Pacto Verde Europeo, destaca el hidrógeno como una prioridad, con planes para desarrollar la tecnología a través de una agenda de inversión y el libre comercio transfronterizo de hidrógeno. A principios de este año, también se anunció una Alianza Europea por el Hidrógeno Limpio que reúne a inversores con socios gubernamentales, institucionales e industriales.

Aunque todos estos desarrollos son positivos para el futuro del hidrógeno en el transporte con camiones, todavía existen muchos obstáculos para que pueda suponer una importante contribución climática o económica. Un área en la que el hidrógeno demuestra ser muy prometedor es en el exigente transporte de gran tonelaje, donde se puede usar para alimentar una línea motriz eléctrica. Esto significa que, en lugar de sustituir a los camiones eléctricos, que son más idóneos para la distribución y el transporte regional, ambas tecnologías pueden coexistir para crear un sistema de transporte más sostenible.

Sobre la cuestión de si el hidrógeno podría sustituir al motor diésel, el impulso por lograr un transporte más sostenible significa que el hidrógeno probablemente sustituirá a algunos vehículos diésel. Sobre todo si existe un caso comercial claro y una ventaja competitiva para hacerlo.
 

Combustibles alternativos: evaluación de los pros y los contras

Celdas de combustible de hidrógeno, camiones eléctricos, biocombustibles, BIO GNL… la lista de diferentes alternativas al diésel parece ir en aumento. Como transportista, puede resultar difícil comprender y navegar por el panorama de los combustibles alternativos. Para ayudarle, he elaborado una guía que le ofrece una descripción general de cómo funciona cada tecnología y los pros y los contras que conlleva. 

Lars Mårtensson

Lars Mårtensson works as Environment and Innovation Director at Volvo Trucks.

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