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Trabajo de Fin de Máster
Máster en Ingeniería de Automoción
Pasado, Presente y Futuro del Hidrógeno
en Automoción
MEMORIA
Autor: Alejandro Marín Soler Director: Manuel Moreno Eguílaz Convocatoria: Junio 2020
Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona
Pág. 2 Memoria
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 3
Resumen
En el presente documento se va a realizar un recorrido desde la aparición del hidrógeno como
fuente de combustible alternativo y como ha influido en la industria del automóvil. Se ha
incidido en cuáles son las peculiaridades de este tipo de combustible, así como sus beneficios
y detrimentos en comparación con las formas convencionales utilizadas en la industria.
A su vez, se ha realizado una investigación acerca de su producción, citando diversas
alternativas para la misma, siempre teniendo presente el impacto ambiental que tiene el
combustible y si realmente puede considerarse como alternativa en términos de emisiones
contaminantes.
Además, se ha investigado acerca de los antecedentes que se han dado, utilizando este
combustible en la industrial de la automoción, indagando acerca de los éxitos o fracasos de
los mismos, así como de la utilidad de estos modelos. También se ha detallado en qué punto
del estado del arte se encuentra hoy en día esta tecnología de uso de hidrógeno como
combustible, y de que maneras es usado, tanto con el fin de generar energía eléctrica, así
como el utilizarlo como un combustible en motores de combustión reconvertidos. Por último,
se han citado diversos proyectos de futuro de la industria en los que el hidrógeno puede tener
un papel fundamental.
Para finalizar el proyecto, se ha realizado un pequeño estudio ambiental sobre este
combustible, en base a un análisis de ciclo de vida donde se realiza la comparación entre
vehículos muy similares, gasolina convencional, hibrido y vehículos que utilizan el hidrógeno
como combustible.
Pág. 4 Memoria
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 5
Índice
RESUMEN ____________________________________________________ 3
ÍNDICE _______________________________________________________ 5
1. INTRODUCCIÓN ___________________________________________ 7
1.1. Objetivos .......................................................................................................... 11
1.2. Planteamiento .................................................................................................. 11
1.3. Alcance............................................................................................................. 12
2. HISTORIA DEL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE ___________ 13
2.1. Concepto de hidrógeno ................................................................................... 13
2.2. Generación de hidrógeno................................................................................ 15
2.2.1. Reformado de hidrocarburos y metanol ............................................................. 15
2.2.2. Electrólisis del agua ............................................................................................. 17
2.3. Hidrógeno como combustible ......................................................................... 19
2.3.1. Propiedades energéticas .................................................................................... 19
2.3.2. Emisiones ............................................................................................................ 20
2.4. Hidrógeno como combustible en automoción ................................................ 20
2.4.1. Motor de combustión ........................................................................................... 20
2.4.2. Pila de hidrógeno ................................................................................................. 22
3. ANTECEDENTES DEL HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN _________ 24
3.1. Antecedentes ................................................................................................... 24
3.2. Proyecto BMW Clean Energy 2006 ................................................................ 27
3.3. Toyota FCHV ................................................................................................... 30
3.4. Problemática .................................................................................................... 35
4. PRESENTE DEL HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN ______________ 36
4.1. Hidrogeneras ................................................................................................... 36
4.2. Beneficios de vehículos propulsados gracias al hidrógeno .......................... 39
4.3. Ayudas a la compra de estos vehículos y beneficios de su compra ............ 41
4.4. Mercado actual de vehículos .......................................................................... 43
4.5. ¿Por qué es tan limitado el uso de hidrógeno en automoción? .................... 47
4.6. Comparativa entre un EV-Rex vs EV-Hidrógeno vs Híbrido no enchufable 49
5. FUTURO DEL HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN ________________ 53
5.1. Infraestructuras de producción y recarga ....................................................... 53
5.1.1. Producción Limpia de Hidrógeno ........................................................................ 53
5.1.2. Nuevas infraestructuras de recarga.................................................................... 55
Pág. 6 Memoria
5.2. Transporte por carretera: Vehículos industriales ....................................... 56
5.2.1. Hyundai HDC-6 ................................................................................................... 56
5.2.2. Nikola Tre ............................................................................................................ 57
5.2.3. Proyecto Toyota-Hino Trucks ............................................................................. 59
5.3. Nuevos tipos de motores o tecnologías ......................................................... 60
5.3.1. BMW i Hydrogen NEXT ...................................................................................... 60
5.3.2. MAZDA motor Wankel para ReX ....................................................................... 61
6. IMPACTO AMBIENTAL _____________________________________ 65
7. PRESUPUESTO __________________________________________ 71
CONCLUSIONES ______________________________________________ 73
AGRADECIMIENTOS __________________________________________ 74
BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________ 75
Referencias bibliográficas ......................................................................................... 75
Bibliografía complementaria ..................................................................................... 79
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 7
1. Introducción
Atendiendo a los nuevos tiempos que corren en la industria de la automoción, en lo que a
emisiones contaminantes se refiere, las diferentes marcas del sector están apostando por la
electrificación de su flota de vehículos. El principal motivo de este cambio es el de poder
alcanzar los objetivos que los diferentes estamentos gubernamentales están dictando en
materia de emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero, pero no todas las marcas
están siguiendo el mismo concepto de electrificación. De ahí el presente trabajo, el cual tratará
de aportar una visión global de cómo una serie de marcas del sector están haciendo una
apuesta de futuro, teniendo como base uno de los gases más abundantes en la atmósfera, el
hidrógeno. Pero antes de entrar en la materia, hemos de remontarnos un poco en el tiempo
para poner en situación todo el sector, y ver la evolución del mismo en lo que a tipos de
motorizaciones se refiere.
Los automóviles, desde su creación allá por el final del siglo XIX, siempre han utilizado
motores de combustión interna, entendiendo éstos como una evolución de la máquina de
vapor. A diferencia de este último, el cual aprovecha la presión del vapor de agua que se
genera por una combustión externa, el trabajo se obtiene por la combustión interna de una
mezcla de aire y combustible. Estos primeros motores de combustión interna funcionaban
gracias a gas de alumbrado como combustible, pero eran demasiado grandes, pesados y con
un rendimiento de tan solo el 3% en el mejor de los casos, por lo que aún no eran viables para
montarlos en un vehículo (véase la Figura 1).
Figura 1. Primeros motores de combustión interna. Fuente: [1].
Con el paso del tiempo, y con mejoras de este tipo de arquitectura de motor, en el 29 de enero
de 1886, Karl Benz obtuvo la patente alemana número 37435 del primer automóvil. Se trataba
de un diseño triciclo de chasis tubular, propulsado por un motor en disposición horizontal
monocilíndrico de 954 cm³ y una potencia declarada de 2/3 CV a 250 rpm. En verano del
mismo año, Gottlieb Daimler presentaba su primer vehículo autopropulsado de cuatro ruedas
y dos velocidades de transmisión.
Pág. 8 Memoria
Consistía en un carruaje abierto de caballos con motor de un solo pistón acoplado en posición
central vertical. También en 1886, Daimler aplica el motor creado por el ingeniero de motores
Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas. El primer automóvil comercializado por Daimler-
Maybach llegó en 1889; estaba propulsado por un motor de dos cilindros en V e incorporaba
una caja de cambios de cuatro relaciones (véase la Figura 2).
Figura 2. Daimler-Maybach de 1889. Fuente: [2].
Continuando este repaso histórico, en 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor de
autoignición que funciona con combustibles pesados, y que más tarde pasaría a llamarse
motor Diésel. Este era de grandes proporciones y lento, diseñado en primera instancia para
funcionamientos estacionarios. Su compleja construcción conllevaba altos costes de
producción. Además, los primeros motores Diésel sencillos eran incómodos por su elevado
nivel acústico y, en general, presentaban peor comportamiento en aceleración en
comparación con los motores de gasolina. En 1897 nace el primer motor de estas
características, pero no es hasta 1912 cuando se implanta en una locomotora y en 1923 en
un camión.
A partir de este punto, a principios del siglo XX hubo una revolución en la industria, siempre
en base a los motores de gasolina para pequeños vehículos como los Ford modelo T que fue
el primer vehículo para grandes masas que se fabricó. Este modelo permitió el acceso a
cualquier persona a un coche y cambio para siempre el concepto de movilidad. Por otro lado,
se encontraban los motores Diésel, más orientados al vehículo industrial, el cual también tuvo
un gran auge.
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 9
A partir de los años 70, el motor Diésel es aceptado como tipo de propulsor rentable, gracias
a la "miniaturización" impulsada por las mejoras en los materiales y en la fabricación de los
motores destinados al sector de los automóviles utilitarios. En la siguiente década, el Diésel
se posiciona a la altura para competir con la referencia de la época en cuanto a fuente de
propulsión se refiere, es decir, el motor de gasolina.
Con el paso de los años, el sector de la automoción ha sufrido diversas crisis, tanto
energéticas, del petróleo, medioambientales, etc., que han mermado la experimentación y el
desarrollo continuo de los motores. Sin embargo, todavía hoy siguen estando presentes en
los vehículos del mercado y se sigue investigando en su evolución. Si bien las motorizaciones
Otto y Diésel, durante los últimos años, han sido las más utilizadas para su montaje en
turismos, hoy día están creciendo las soluciones híbridas y eléctricas, en busca de aminorar
los niveles de polución del planeta y aumentar el grado de comodidad de conducción de los
vehículos.
Parece que todavía queda vida para los motores de combustión interna en los vehículos, pero
se puede ver que existe una evolución constante y, actualmente, el mercado está
demandando vehículos que dispongan de algún tipo de hibridación con el fin de disminuir su
consumo de combustible y, por tanto, el de emisiones.
A partir de este punto, las diferentes marcas del sector están apostando por la electrificación
de su flota, como ya se ha mencionado anteriormente, pero existen diferentes conceptos de
vehículos propulsados por motores eléctricos. Los primeros serían los considerados híbridos
enchufables, que disponen de una pequeña batería que les permite recorrer alrededor de 50
km en modo totalmente eléctrico y luego tienen un motor de combustión interna, normalmente
de gasolina, que le permite funcionar como un vehículo convencional propulsado por este tipo
de motor. De esta manera, se logra disminuir el consumo y emisiones, sobre todo en los
pequeños trayectos urbanos.
La siguiente vertiente se podría decir que son los vehículos eléctricos solo a batería, los cuales
solo se recargan de la red y disponen de grandes baterías de alrededor de 60-80 kW/h, gran
peso de estas, sobre los 600-800 kg, que les permiten recorrer distancias de alrededor de 400
km reales. Estos vehículos tienen una emisión de gases contaminantes 0 durante su vida útil,
pero en su producción desprende multitud de gases contaminantes y CO2 que luego se debe
compensar con una vida útil larga y la realización de muchos kilómetros.
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Por todo esto, algunas marcas se están distanciando de estas dos tendencias y están
apostando por una tercera rama, la de los vehículos eléctricos de rango extendido, utilizando
como extensor de rango, pequeños motores de combustión interna o tecnologías de
producción de energía eléctrica, como la pila de hidrógeno. Esta forma de evolucionar el modo
de propulsar el vehículo, se basa en una propulsión totalmente eléctrica, que funciona gracias
a una pequeña batería que pueda proporcionar por si sola 100-150 km de autonomía, es decir,
que tenga 20-30 kW/h, por lo que el peso es muy contenido, y en adición a ésta se añade un
generador, mediante las tecnologías ya citadas. Por tanto, se logra que el vehículo sea muy
limpio en materia de emisiones, tanto en su producción y su vida útil, y además permite que
éste sea usado como un automóvil convencional, es decir, sin la necesidad de realizar largas
paradas para recargar sus baterías, ya que solo habría que repostar el combustible pertinente
perdiendo solo unos cuantos minutos.
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1.1. Objetivos
El presente Trabajo de Fin de Máster, tiene como fin conocer cómo se encuentra el estado
del arte del hidrógeno en el sector de la automoción.
Poder observar las diferentes aplicaciones que tiene el hidrógeno, y las posibilidades futuras
que puede llegar a alcanzar esta tecnología de combustible.
Además, se planteará un estudio ambiental para verificar la viabilidad de este tipo de
combustible, en lo que a emisiones se refiere, en adición a los diferentes informes sobre el
coste de su producción.
1.2. Planteamiento
En dicho apartado se definen los distintos aspectos que forman el proyecto.
Primeramente, los capítulos que compondrán este trabajo son:
Introducción
Historia del hidrógeno como combustible
Antecedentes del hidrógeno en automoción
Presente del hidrógeno en automoción
Futuro del hidrógeno en automoción
Impacto ambiental
Presupuesto
Conclusiones
Bibliografía
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1.3. Alcance
En lo referente al alcance de dicho proyecto, éste analizará el mercado del hidrógeno en el
sector de la automoción y su evolución en los últimos años. Primeramente, se va a mostrar la
perspectiva histórica de su uso en automoción y analizando los pros y contras de los proyectos
y propuestas que hayan visto la luz.
También, se van a citar las cualidades de este elemento químico que lo hace tan factible a
día de hoy, y sobre todo, con vistas a futuro, para ser un combustible alternativo a los
combustibles fósiles en la industria de la automoción.
A parte, se van a realizar comparativas entre los diferentes modelos o propuestas que las
marcas han realizado, y estudiar la viabilidad, desde un punto de vista económico y de
emisiones, de estos vehículos.
Por otro lado, se tratará la forma de producción del hidrógeno, para observar cómo se realiza
y las ventajas o inconvenientes que tiene, al ser usado como combustible.
Por último, se realizará un estudio de las diferentes propuestas de futuro, que están
apareciendo en el sector de la automoción, por parte de las diferentes marcas y su viabilidad
futura.
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2. Historia del hidrógeno como combustible
En primer lugar, se debe hacer una introducción acerca de qué es el hidrógeno y sus
peculiaridades como elemento químico. Se debe conocer el proceso mediante el cual se
obtiene a nivel industrial, y finalizar este punto, citando por qué puede ser interesante usarlo
como combustible.
2.1. Concepto de hidrógeno
El hidrógeno se presenta como un gas en condiciones normales de presión y temperatura. Es
inodoro e incoloro, además de que es insípido, es decir, no tiene sabor. Se trata del primer
elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es la letra H.
En lo referente a su estructura, es el elemento químico más simple (formado solamente por
un protón y un electrón), por lo que su número atómico es 1, siendo el más abundante del
universo. Se encuentra principalmente en forma de gas hidrógeno (H2) en las estrellas y en
los planetas gaseosos, y además aparece unido a otros elementos formando gran variedad
de compuestos químicos, como el agua (H2O) y la mayoría de los compuestos orgánicos.
Éste está formado por 3 isótopos; el protio, de masa 1 y el más abundante con un 99,98%; el
deuterio, de masa 2 que en la naturaleza se encuentra solo en un 0,02% y finalmente el tritio,
de masa 3, que raramente se encuentra en la naturaleza, pero que se puede producir
artificialmente con reacciones nucleares.
El gas hidrógeno es, en condiciones normales de presión y temperatura, no tóxico e
inflamable, con un punto de ebullición de -252,77°C y un punto de fusión de -259,13°C. Puede
reaccionar con oxígeno (O2) desprendiendo energía y formando agua. Esta reacción se
conoce como combustión y en ella el hidrógeno es el combustible.
Hay otros materiales que pueden utilizarse como combustibles: tales como el carbón, gas
natural, gasolina (petróleo) y, se conocen como combustibles fósiles porque provienen de
compuestos formados por la actividad de los seres vivos hace millones de años. Todos ellos
pueden reaccionar también con oxígeno y producir energía.
En estos momentos, nuestro sistema energético, se basa en la utilización de estos
combustibles fósiles para producir la energía que requerimos para el día a día, desde la
generación de electricidad en centrales térmica o de ciclo combinado, pasando por el sector
de la automoción. Vivimos por ello, en lo que se ha denominado la “sociedad de los
combustibles fósiles”.
Pág. 14 Memoria
Analizando la situación pasada, actual y el futuro cercano que nos atañe, existen dos razones
principales por las que la sociedad debería replantearse el uso de combustibles fósiles como
fuente principal de energía, y sustituirlos por otro tipo de combustible, como en este caso, el
hidrógeno:
1. La combustión del hidrógeno no contamina, sólo produce como subproducto agua
(véase la Figura 4), mientras que los combustibles fósiles producen CO2 (véase la
Figura 3), que queda en la atmósfera como contaminante y es uno de los mayores
responsables de lo que se denomina "efecto invernadero".
2. Las reservas de combustibles fósiles se agotarán tarde o temprano, mientras que
el hidrógeno es una fuente inagotable de energía.
Sin embargo, la sustitución total de los combustibles fósiles por el hidrógeno no es viable
actualmente. En primer lugar, porque, a diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno
no se encuentra en estado libre en nuestro planeta, sino formando compuestos como el agua
o la mayoría de los compuestos orgánicos.Su producción es tremendamente complicada,
económicamente elevada y, por el momento, no se trata de una producción neutra en
emisiones de gases contaminantes como subproductos de esta generación.
Por ello, es preciso desarrollar sistemas capaces de producirlo de manera eficiente y limpia.
Debido a ésto, sería necesario habilitar nuevas infraestructuras o técnicas de producción y de
suministro de hidrógeno, para permitir su accesibilidad como si de otro combustible fósil se
tratase, creando una completa red de estaciones de servicio de hidrógeno, o “hidrogeneras”,
lo cual implicaría una fuerte inversión.
Figura 3. Reacción combustión del Hidrógeno. Fuente: [4]. Figura 4. Reacción combustión del metano. Fuente: [3].
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 15
2.2. Generación de hidrógeno
Al igual que la electricidad, el hidrógeno es un transportador excelente de energía, ya que
puede producirse a partir de diferentes y abundantes precursores, tales como gas natural,
carbón, agua y energías renovables. La utilización del hidrógeno en las celdas de combustible,
particularmente en el sector del transporte, permitirá en el futuro diversificar el suministro
energético, aprovechar los recursos domésticos y reducir la dependencia de la importación
de petróleo.
La producción de hidrógeno a gran escala en estos momentos se está realizando mediante
una serie de procesos industrializados que, aunque menos contaminantes, siguen
dependiendo de combustibles fósiles o derivados, como es el caso del gas natural, dado que
es la forma más próspera para obtener el hidrógeno. De todos modos, aunque se produzca
de esta forma, este tipo de combustible aún no está disponible en las cantidades requeridas
por la industria de automoción y otras industrias, a diferencia del petróleo; por lo tanto, es un
proceso industrializado que está en continua evolución y crecimiento para poder suplir las
posibles necesidades de la industria.
De este modo, la producción de hidrógeno a gran escala, presenta dos procesos por
excelencia para su generación: el reformado y la electrólisis del agua.
2.2.1. Reformado de hidrocarburos y metanol
El proceso de reformado es el utilizado durante las últimas décadas para la producción
industrial del hidrógeno. El reformado de metano (CH4) con vapor, es la tecnología más
económica que existe en estos momentos para la generación del hidrógeno que requiere la
industria actualmente (véase la Figura 5). Este proceso, aunque eficaz, sigue dependiendo
de la utilización de un gas proveniente de combustibles fósiles, por lo que, aun siendo un buen
proceso en cuanto a emisiones, sigue produciéndolas. Para la generación del H2, la reacción
básica que se da durante el proceso es la siguiente:
CH4 + H2O → CO + 3H2
A continuación, se va a detallar como se realiza en su totalidad este proceso de generación
de H2. El proceso comienza realizando una eliminación de las impurezas o contaminantes que
existan en el metano, como el azufre, que perjudicaría la realización de la reacción catalítica
necesaria a la vez que generaría un deterioro de la misma. Una vez limpiado, el gas natural,
reacciona con vapor de agua sobre un catalizador de níquel. Esta mezcla es colocada en un
contenedor a presión que se encuentra sobre los 1200 K y una presión de alrededor de 30
bar.
Pág. 16 Memoria
Una vez se produce la reacción el gas de salida es rico en hidrógeno, pero contiene una cierta
proporción de monóxido de carbono, que a su vez se transforma en otro reactor, o incluso en
dos, en hidrógeno adicional mediante reacción con vapor de agua. El gas resultante tiene un
contenido elevado de hidrógeno, junto a dióxido de carbono y cantidades mucho más bajas
de metano no convertido y monóxido de carbono remanente, usualmente 1% en volumen.
A estos gases residuales del proceso, se les puede aplicar alguna serie de post tratamientos
para eliminar la mayoría de contaminantes e intentar generar el mínimo de gases nocivos que
vayan al exterior. Por su parte, al hidrógeno generado en el proceso, se le aplica una serie de
unidades de purificación finales, mediante procesos de compresión-adsorción-desorción que
permiten alcanzar un hidrógeno muy puro en volumen, llegando a obtener una pureza del
99.999%.
Figura 5. Planta de producción de hidrógeno mediante el reformado de metanol. Fuente: [5].
Cabe matizar, que dicho proceso, requiere además una etapa previa debido al contenido que
puede tener el gas de pequeñas cantidades de otro tipo de hidrocarburos, normalmente,
etano, propano o butano, que se descompondrían durante el proceso con facilidad
produciendo residuos carbonosos. Esta etapa tendría el nombre de pre-formado.
Este proceso se incorpora antes de la unidad de reformado y permite operar con una variedad
de alimentaciones asegurando que ésta sea constante en todas las unidades de reformado.
El pre-reformado, tiene un fuerte efecto sobre la composición gaseosa que alimenta la unidad
de reformado con vapor. Así, los hidrocarburos de cadena más larga, se eliminan
completamente al mismo tiempo que se convierte una fracción del metano. Dado que estos
hidrocarburos de cadena larga tienen tendencia a formar carbono, este proceso de pre-
reformado, minimiza la formación de residuos de carbón durante el propio proceso de
reformado del metano, lo que resulta en un tiempo de vida largo de los sistemas catalíticos
utilizados.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 17
El vapor de agua, utilizado en la reacción de reformado con vapor, puede reemplazarse por
dióxido de carbono, por oxígeno o por una mezcla de ambos. Estos conceptos avanzados de
la tecnología de reformado, son similares a la clásica de reformado con vapor, pero solamente
se utilizan en casos muy concretos. Específicamente, se aplican cuando se requiere utilizar la
mezcla CO/H2 para fabricar hidrocarburos o metanol, en vez de producir exclusivamente
hidrógeno.
En lugar de metano, se puede utilizar igualmente metanol para la producción industrial de
hidrógeno. En este proceso, el metanol se hace reaccionar con vapor de agua sobre un
catalizador para producir H2. Ésta es una reacción endotérmica en la que el calor requerido
se obtiene de la combustión del gas de cola junto a otra pequeña fracción de metanol. La
corriente de hidrógeno se purifica en una unidad de adsorción/deserción, tal como se hace en
el reformado de metano. Esta reacción es simple, ya que no tiene en cuenta la formación de
compuestos oxigenados intermedios, si bien por razones económicas solo se utiliza allí donde
hay un exceso de metanol.
2.2.2. Electrólisis del agua
El segundo proceso industrializado para la generación de hidrógeno, sería la aplicación de la
electrólisis del agua. Esta forma de producir hidrógeno, se da cuando los volúmenes
requeridos en una determinada aplicación no son elevados. La reacción electrolítica se realiza
en medio alcalino debido a que en este medio se incrementa la conductividad eléctrica. El
hidrógeno producido en el cátodo se debe purificar, ya que contiene impurezas de oxígeno y
un cierto nivel de humedad. La corriente de hidrógeno se seca mediante un adsorbente y las
impurezas de oxígeno se eliminan con un convertidor DeOxo. Además, en el ánodo del
electrolizador se produce oxígeno, cuyo volumen es la mitad del volumen de hidrógeno, tal
como corresponde a la composición de la molécula de agua. La mayor parte de los
electrolizadores son de tipo tanque con los electrodos dispuestos en paralelo (véase la Figura
6). El calor liberado en el proceso se elimina recirculando agua alrededor de las celdas.
Conviene señalar el hecho de que el hidrógeno producido por electrolisis es del orden de 4.9-
5.6 kWh por cada m3 de hidrógeno producido, lo que resulta al menos dos veces más caro
que el hidrógeno obtenido por reformado del gas natural.
Hablando de su precio de venta, el coste del kilogramo de hidrógeno se sitúa en torno a los
10 euros de PVP debido al método de producción que, en caso de realizarse mediante
electrólisis, puede alcanzar los 16-18 euros.
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Por otra parte, cabe mencionar que España es un país puntero, en lo que a producción de
hidrógeno se refiere, mediante la utilización de la hidrólisis, y disminuyendo en gran medida
su coste. Esto se debe a que las pocas plantas del territorio nacional utilizan el excedente
eléctrico de la red, por lo que el coste de la electricidad de situaría sobre los 55 €/MWh, lo cual
permite producir hidrógeno sobre los 5-6 euros por kilogramo. Este precio es sumamente
competitivo, pero hay que remarcar que aún habría que sumarle los costes de distribución y
suministro.
Puesto que los electrolizadores convencionales proporcionan H2 con un coste elevado, se han
desarrollado otros procesos electrolíticos. Uno de ellos es la electrolisis en fase de vapor. El
potencial reversible de la celda decrece al aumentar la temperatura. Puesto que el coste de
electricidad requerida en la electrolisis para producir H2 a partir de H2O es proporcional a la
fuerza electromotriz de la celda, el coste disminuye con la temperatura. La celda se enfría
debido a que el proceso es endotérmico y se mantiene a temperatura constante aportando
calor desde el exterior.
Figura 6. Conjunto de celdas para producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua. Fuente: [6].
Esto significa que el calor se convierte por vía electroquímica en H2 sin pasar por un ciclo de
Carnot. Así, a 1.500K la cantidad de energía térmica que se utiliza en la descomposición
termo-electroquímica es del 50% del total. Bajo estas condiciones, el coste de producción es
50% más bajo que en el proceso convencional. Otra alternativa económica de producción de
H2, la proporcionan nuevos tipos de electro-catalizadores que son capaces de disminuir el
sobrevoltaje, lo que supone una reducción del coste.
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2.3. Hidrógeno como combustible
La historia del hidrógeno como combustible ya es largamente conocida, ya que ha tenido y
tiene diversas aplicaciones en la industria de la alimentación, metal, vidrio y química. La
industria mundial del hidrógeno está bien establecida y produce más de 50 millones de
toneladas de hidrógeno al año. Algunos ejemplos de su uso dentro de diferentes industrias
podrían ser, la producción de plásticos como el poliéster o el nylon, pasando por la industria
aeroespacial, donde es utilizado como combustible para los cohetes.
Si se centra el tema en su utilización como un combustible puro, puede utilizarse de dos
formas distintas; la primera de ellas sería como combustible al uso, mediante su quema se
genera una energía que puede aprovecharse de alguna manera. Por otra parte, también
puede usarse para la generación de energía eléctrica mediante los procesos que se realizan
en las pilas de combustible.
En lo referente al sector de la automoción, existen las mismas dos tendencias comentadas;
la de generación de energía eléctrica para alimentar las baterías o motores de vehículos
eléctrico, o el uso del hidrógeno en motores de combustión interna adaptados, los cuales
pueden llegar a ser un 30% más eficientes que los MCI convencionales de gasolina y
funcionar en condiciones climáticas más severas, sobre todo de frío.
2.3.1. Propiedades energéticas
El hidrógeno presenta una serie de propiedades energéticas que lo hacen tan atractivo para
su uso como combustible. Por poner un ejemplo, un kilogramo de hidrógeno libera más
energía que cualquier otro combustible (casi el triple de la gasolina o gas natural). Esto se
debe a que tiene un gran poder calorífico por unidad de masa, tanto superior como inferior,
siendo estos de 141 MJ/kg y 119 MJ/kg, mientras que la gasolina tiene aproximadamente
unos 45-50 MJ/kg.
Estos valores citados en el párrafo superior solo se dan en unas condiciones concretas, es
decir, el hidrógeno a presión y temperaturas normales tiene una densidad muy baja, por lo
que su densidad energética y su poder calorífico disminuyen en gran medida. Por este motivo,
el hidrógeno que se utiliza como combustible se encuentra almacenado a gran presión y a
una temperatura muy baja, con lo que se aumenta mucho su densidad y se pueden llegar a
esos poderes caloríficos del orden de 3 veces superiores a los de combustibles
convencionales como la gasolina.
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2.3.2. Emisiones
En sus usos en el sector de la automoción, la utilización del hidrógeno tanto como combustible
de un MCI, como para su uso en pilas de combustible, dará como resultado una producción
de emisiones contaminantes prácticamente nula, ya que, por su naturaleza química, el
hidrógeno al ser quemado produce 2H2O y una pequeña cantidad de óxido de nitrógeno, que
se podría tratar fácilmente con sistemas de post-tratamiento de gases.
El mayor problema del uso de hidrógeno, en lo que a emisiones se refiere, se daría en su fase
de generación. De momento, los procesos que se utilizan, si bien están bastante optimizados
para las cantidades que se generan, siguen produciendo algunas emisiones de gases
contaminantes, pero sobretodo tiene una emisión de gases de efecto invernadero a
considerar, como el CO2. Por ello, y como más adelante se comentará, si se desea que el
hidrógeno tenga una vida en el sector de la automoción, lo primero que este debe abordar es
que su producción sea lo más limpia posible, usando procesos de generación de hidrógeno
que no tengan un gran impacto ambiental y que utilicen energías renovables.
2.4. Hidrógeno como combustible en automoción
A continuación, se va a detallar la arquitectura y principio de funcionamiento de las dos
tendencias de aprovechamiento de la energía propia del hidrógeno en automoción.
2.4.1. Motor de combustión
En los motores de combustión interna existirían dos tipos de variantes, los de movimiento
lineal, es decir, los motores de pistones convencionales y los motores Wankel o rotativos
(véase la Figura 7), cada cual tiene una serie de peculiaridades lo que hace que puedan ser
más o menos eficiente durante su uso con hidrógeno.
Figura 7. Motor Wankel modificado para funcionar con hidrógeno. Fuente: [7].
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En el fondo, lo que ha realizado la industria, es adaptar los motores convencionales que
funcionan con gasolina para empezar a funcionar con hidrógeno, pero ello entraña una serie
de problemas por la composición del hidrógeno en sí.
Al utilizar el hidrógeno como combustible, se usa el compuesto químico con mayor relación
de energía por unidad de masa, por lo que se puede optimizar el rendimiento de 1 gr de
hidrógeno mucho más que en 1 gr de gasolina. Su principal diferencia respecto a un motor de
gasolina radica en que, en lugar de gases NOx tóxicos, los motores de hidrógeno producen
agua como el principal producto de su ciclo de combustión. Mencionar que, debido al calor
producido por el motor, todavía se dan emisiones de NOx, aunque son muy inferiores a las
de un motor de gasolina y se pueden eliminar con sistemas de post-tratamiento.
Por otra parte, y dadas las diferencias entre ambos combustibles, los tipos de relaciones
existentes entre aire-combustible, compresión, tiempo y energía de ignición son muy
diferentes. Por ejemplo, el hidrógeno puede tener una relación aire-combustible tan pobre
como 180:1, pero una relación de compresión mucho más alta al tener un índice de octano
más alto.
En definitiva tenemos un combustible con la mayor relación de energía por unidad de masa,
se puede utilizar con un dosado muy pobre lo que garantiza disminuir el consumo y, además
de esto, tiene un octanaje elevado por lo que podemos aumentar la relación de compresión
lo que otorga más potencia. Aun así, cabe destacar que no todo son ventajas. El mayor
problema del hidrógeno es que al ser un gas, su energía depende de su densidad en masa,
por lo que es necesario tenerlo a gran presión para conseguir un rendimiento tan elevado, lo
que en un automóvil no sucede. Además, hay que tener presente que, por arquitectura
general, los motores de combustión interna movidos por pistones, tienen una serie de
limitaciones bastante relevantes, lo que hacen que el rendimiento del mismo no supere 1/3
del rendimiento que puede dar el combustible.
Es aquí donde la posibilidad retomar el motor Wankel puede ser una alternativa, ya que éste
por arquitectura permite un mejor control del llenado y vaciado de las cámaras de combustión.
Esto facilitaría que el hidrógeno pudiera llegar al motor en mayor medida aumentando el
rendimiento, además, que uno de los principales problemas de estos tipos de motores era
que necesitaban un elevado número de octanaje para que no se produjeran auto-
combustiones, lo cual subsana el hidrógeno. Seguramente, en un futuro y como se comentará
más adelante en el presente trabajo, estos motores volverán a la escena actual reconvertidos
en extensores de rango o en nuevos motores de combustión, utilizando siempre el hidrógeno
como combustible.
Pág. 22 Memoria
2.4.2. Pila de hidrógeno
La pila de hidrógeno es una de las tecnologías más prometedoras en la búsqueda de nuevos
combustibles y sistemas de movilidad eficientes. La teoría consiste en combinar hidrógeno
con oxígeno, con vapor de agua como único residuo, para extraer energía eléctrica, pero en
la práctica no todo es tan sencillo como parece.
Lo que ocurre en una pila de combustible se llama reacción electroquímica. Se trata de una
reacción química, porque implica la unión de dos sustancias químicas, pero también es una
reacción eléctrica, porque la electricidad se produce a medida que la reacción sigue su curso.
Una pila de combustible tiene tres partes claves similares a las de una batería. Tiene un
terminal de carga positiva (que se muestra en rojo), un terminal de carga negativa (azul), y
una sustancia química de separación llamada electrolito entre los dos (gris) que los mantiene
separados (véase la Figura 8.). En cuanto a la generación de electricidad, es decir, el proceso
de hidrólisis se realizaría de la siguiente manera:
El gas de hidrógeno del tanque (mostrado aquí en la flecha roja de la izquierda) alimenta por
una tubería al terminal positivo. El hidrógeno es inflamable y explosivo, por lo que el tanque
tiene que ser extremadamente fuerte. Este contiene el hidrógeno a 70 MPa y tienen una
capacidad de alrededor de 120-50 l, lo que otorga al vehículo la capacidad de almacenar
sobre los 5-10 kg de hidrógeno. El oxígeno del aire (flecha roja de la derecha) baja por un
segundo tubo hasta el terminal negativo. El terminal positivo (rojo) está hecho de platino, un
catalizador de metales preciosos diseñado para acelerar la química que ocurre en la célula
de combustible.
Figura 8. Funcionamiento pila de combustible. Fuente: [8].
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 23
Cuando los átomos de gas de hidrógeno llegan al catalizador, se dividen en iones de
hidrógeno (protones) y electrones (pequeñas gotas azules). Los protones, al estar cargados
positivamente, son atraídos al terminal negativo (azul) y viajan a través del electrolito (gris)
hacia él. El electrolito es una fina membrana hecha de una película especial de polímero
(plástico) y sólo los protones pueden atravesarla.
Los electrones, mientras tanto, fluyen a través del circuito exterior. Al hacerlo, alimentan el
motor eléctrico (representado con una bombilla) que impulsa las ruedas del coche o se utiliza
para la recarga de la batería del mismo, ya esto según las necesidades que el conductor
demande y la configuración que disponga el vehículo de su electrónica de gestión y control
de la energía.
Eventualmente, también llegan al terminal negativo (azul). En este terminal negativo, los
protones y electrones se recombinan con el oxígeno del aire en una reacción química que
produce agua. El agua se desprende del tubo de escape en forma de vapor de agua o de
vapor.
Este tipo de pila de combustible se llama PEM, es decir, Pila de Combustible de Membrana
de Intercambio Protónico, que es la utilizada por los fabricantes en automoción y permite su
funcionamiento con hidrógeno. Ésta seguirá funcionando mientras haya suministro de
hidrógeno y oxígeno. Como siempre hay mucho oxígeno en el aire, el único factor limitante es
la cantidad de hidrógeno que hay en el tanque, de ahí que la autonomía de estos vehículos
sea igual o similar a la de un vehículo de combustión interna, ya que puede ser mayor o menor
en función del tamaño de sus depósitos de hidrógeno.
Pág. 24 Memoria
3. ANTECEDENTES DEL HIDRÓGENO EN
AUTOMOCIÓN
Ante la tesitura actual sobre el uso de este combustible tan especial en automoción, es
necesario remontarse años atrás para conocer quiénes fueron los precursores de la utilización
de esta tecnología en automoción y sus diferentes propuestas. Cabe mencionar que la pila de
combustible data del siglo XIX, por lo que su invención fue mucho antes que su aplicación en
el sector que nos atañe.
3.1. Antecedentes
Los precursores de la utilización del hidrógeno como combustible fueron los máximos
responsables de la empresa americana General Motors (GM). Estos se dieron cuenta de que
la tecnología de la pila de combustible podría ser útil para alimentar motores eléctricos en sus
vehículos, por lo que destinaron parte de su presupuesto y personal para investigar sobre el
tema.
A principios de la década de los 60, la investigación empezó a dar frutos y se presentaron los
concept Chevrolet Electrovair I y el Electrovair II unos años después (véase la Figura 9). Estos
vehículos eran dos sedanes derivados del Chevrolet Corvair, vehículo diseñado para competir
con las propuestas europeas y que nunca acabo de convencer en los Estados Unidos.
Figura 9. Chevrolet Electrovair II. Fuente: [9].
Respecto a este vehículo, GM reemplazó su motor de combustión interna por un conjunto de
celdas de combustible, baterías y un motor eléctrico CA de inducción. El primer GM Electrovair
se quedaba corto en prestaciones, motivo por el cual el GM Electrovair II se diseñó partiendo
de cero. Este nuevo modelo utilizaba unas baterías de plata-zinc de 532 V (véase la Figura
10) que mejoraban en capacidad a las que montaba su predecesor, con el inconveniente de
dar una autonomía inferior a 130 km en el mejor de los casos, y sobre todo una durabilidad
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 25
realmente escasa, ya que apenas superaban el centenar de ciclos de recarga. En lo que a
potencia se refiere, el vehículo conseguía tener 115 CV, pero no eran suficientes para mover
con solvencia sus más de 2 toneladas de peso.
Figura 10. Pack delantero de baterías del Chevrolet Electrovair. Fuente: [10].
A pesar de los obstáculos encontrados durante el desarrollo del proyecto, GM siguió adelante
con la idea inicial, desarrollar una tecnología complementaria a las baterías para la producción
de energía eléctrica. Se dieron cuenta que en el Corvair no disponían del espacio necesario
para poder montar todo el sistema que utilizaba el hidrógeno como combustible, por lo que se
dio carpetazo al proyecto y se inició otro sobre la base de su furgoneta Handi-Van, muy
característica de su flota de vehículos durante los años 50 y 60. Este vehículo disponía del
espacio necesario para poder alojar todos los componentes del sistema, por lo que se
decidieron a crear un prototipo con pila de hidrógeno (véase la Figura 11).
Figura 11. GM Electrovan. Fuente: [11].
En octubre de 1966 se presentó este prototipo, la GM Electrovan, que utilizaba hidrógeno y
oxígeno para generar electricidad con la que alimentar un motor. Entre los meses de enero a
octubre de 1966, los encargados de dar vida al proyecto Electrovan trabajaron de forma
incansable, a tres turnos. Era un equipo compuesto por 250 personas dirigidas por el jefe de
Proyectos de Ingeniería Futurística de General Motors, Craig Marks, que tenían como misión
crear un vehículo eléctrico de pila de combustible de hidrógeno.
Pág. 26 Memoria
Después de todo el trabajo realizado por este grupo de personas con recursos prácticamente
ilimitados, el resultado obtenido por los ingenieros de General Motors se plasmó en una
furgoneta eléctrica que pesaba 3.220 kg y cuya motorización completa apenas dejaba espacio
para los ocupantes de aquel insólito vehículo (véase la Figura 12).
Figura 12. Depósitos de hidrógeno y oxígeno de la GM Electrovan. Fuente: [10].
En lo que a aspectos técnicos se refiere, esta furgoneta utilizaba una pila de combustible
capaz de suministrar de forma continua 32 kW de potencia eléctrica y hasta 160 kW de pico.
Estaba compuesta por 32 módulos, y acompañada de los depósitos de hidrógeno y oxígeno
líquidos, un depósito para los 45 litros de hidróxido de potasio que utilizaba como electrolito,
y casi 170 metros de tubos de plástico, para canalizar los distintos elementos.
En cuanto a los datos sobre su rendimiento solo se disponen los que la marca proporcionó,
los cuales fueron obtenidos en su pista de pruebas privada, ya que por razones de seguridad
nunca piso el asfalto más allá de esa pista. Podía circular a una velocidad de 113 km/h (70
mph), tenía una autonomía de más de 250 km y lograba una aceleración de 0-60 mph, unos
97 km/h, en unos 30 segundos.
Como dato curioso, mencionar que la pila de combustible estaba fabricada utilizando
materiales preciosos, como el platino, por lo que los costes de fabricación fueron
exageradamente elevados. Las unidades creadas de la GM Electrovan podían tener un precio
superior al de los 200.000 dólares de la época, lo que equivaldría a más de un millón de
dólares en la actualidad.
Pero este proyecto fue el detonante para que en la industria de la automoción se empezara a
hablar de este tipo de combustible y su aplicación en los vehículos. En los años posteriores,
el conglomerado de marcas japonesas Honda-Toyota-Mazda fueron las que más
involucradas en el tema estaban, aunque por los años de ventaja, fue GM el fabricante que
más patentes sobre pilas de combustible presentó entre 2002-2012.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 27
3.2. Proyecto BMW Clean Energy 2006
Uno de los primeros productos que la industria saco al mercado fue el BMW 750hL (véase la
Figura 13). Este vehículo nace a raíz del proyecto de I+D impulsado por BMW al principio de
los 2000 con el proyecto BMW Clean Energy. Este nuevo reto para la marca es el de buscar
un combustible alternativo a la gasolina para sus modelos, por lo que elige el hidrógeno por
todas las propiedades que ya se han comentado, pero no opta por la creación de un vehículo
con pila de combustible, sino que prefiere adaptar un motor de combustión interna para que
funcione con hidrógeno.
Figura 13. BMW 750 hL V12. Fuente: [12].
Para ello, selecciona uno de sus buques insignia, el 750, que cuenta con un gran motor V12
de más de 300 CV a gasolina y goza de un gran espacio, sobretodo en el maletero, donde
alojar los tanques de hidrógeno. Con las modificaciones pertinentes, el BMW 750hL V12 que
se construyó producía 201 CV con H2, llegando de 0 a 100 km/h en 9,6 segundos y tenían
una autonomía de 289 km con poco menos de 19 l de H2 líquido. Fue un buen primer ejercicio
técnico, pero sobretodo de marketing para la marca, ya que desde entonces BMW defiende
que la alternativa a los motores que utilicen combustibles fósiles tiene que pasar por el uso de
hidrógeno. El cual siempre debe de provenir de energías renovables y que su precio
descienda, ya que actualmente el litro de hidrógeno se puede adquirir en hidrogeneras sobre
los 8-10 euros el kilo, lo que hace que sea un combustible caro.
Por este motivo, BMW apoya la combustión de hidrógeno en motores convencionales; aunque
es la vía más rápida para alcanzar la economía de hidrógeno, la eficiencia es menor, y la
contaminación mayor, en comparación con las celdas de combustible y el motor eléctrico.
Otras peculiaridades del uso de hidrógeno en los motores de combustión interna, es que
permite alargar la vida del motor y reducir el mantenimiento. Esto es debido, a que no se
acumula carbón en la cámara de combustión ni en las bujías, y los gases resultantes son tan
limpios, que casi no se necesita cambiar el aceite del motor (sólo hay que rellenarlo
periódicamente). Estos motores arrancan y funcionan bien a bajas temperaturas, son
tolerantes al hidrógeno "sucio" y serían comparativamente fáciles de mantener.
Pág. 28 Memoria
Por otro lado, y como se mencionó en puntos anteriores, uno de los principales problemas de
este combustible es que su combustión interna está entre las menos eficientes de todas las
plantas motrices de tecnología avanzada. Esto es principalmente debido a la gran cantidad
de energía que se requiere para producir y comprimir, o licuar el hidrógeno, más que por el
rendimiento que este ofrece al quemarse en el propio motor.
Avanzando en el tiempo, y en base al proyecto del 750 que BMW presentó al público, la marca
ha seguido desarrollando esta tecnología y encontramos como evidencia de ello al proyecto
que siguió al anterior, el Hydrogen 7 (véase la Figura 14).
Figura 14. BMW Hydrogen 7. Fuente: [13].
Éste fue el primer automóvil de hidrógeno de lujo que prácticamente no genera emisiones
contaminantes y es apropiado para el uso diario. Cuenta con la ventaja de utilizar un motor de
combustión bifuel de doce cilindros, el cual funciona tanto con hidrógeno como con gasolina
convencional. Esto le permite utilizar un combustible u otro, dándole una mayor versatilidad a
la hora de repostar.
Dicho vehículo cuenta con motor, chasis y carrocería basados en los sedanes BMW 760i. El
Hydrogen 7 incorpora un motor de 260 CV, con el que es capaz de acelerar en 9,5 segundos
de 0 a 100 km/h, y alcanzar una velocidad punta de 230 km/h, limitada electrónicamente.
Estas cifras demuestran que este combustible no merma el desempeño de vehículos de altas
prestaciones. El motor de combustión bifuel del BMW Hydrogen 7 (véase la Figura 15) es el
resultado de un trabajo de desarrollo orientado al futuro, pero utilizando una tecnología ya
desarrollada. El propulsor se basa en el motor de doce cilindros a gasolina de 6.000 cc,
VALVETRONIC, de la serie 7. El par máximo es de 390 Nm, disponible a 4.300 r.p.m.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 29
Figura 15. Arquitectura sistema de propulsión BMW Hydrogen 7. Fuente: [14].
La peculiaridad del motor V12 del BMW Hydrogen 7 consiste en que funciona de modo dual,
lo que significa que sus doce cilindros pueden funcionar indistintamente con hidrógeno o con
gasolina, lo cual es posible gracias a una nueva tecnología de control que garantiza la misma
potencia, independientemente del tipo de combustible disponible en el depósito. Uno de los
depósitos ofrece capacidad para 8 kilogramos (unos 170 litros) de hidrógeno, el otro es un
depósito convencional en el cual caben 74 litros de gasolina. En cuanto a su autonomía,
podría recorrer 200 kilómetros con su depósito de hidrógeno y otros 500 kilómetros con el
depósito de gasolina.
En cuanto a seguridad, BMW también tuvo que modificar bastante el 760i para adaptarlo a
los nuevos requisitos para funcionar con hidrógeno, donde muchas partes del vehículo fueron
rediseñadas para poder adaptarse a los estándares más estrictos en cuanto a seguridad se
refiere. Se utilizaron materiales más resistentes y fibras, siendo estos en su mayoría
materiales sintéticos reforzados con fibra de carbono combinada con acero, de peso
optimizado y, al mismo tiempo, más resistentes a los impactos.
Esta solución compensa el mayor peso del motor y del sistema de alimentación de
combustible, y cumple con los criterios de seguridad especiales que plantea este innovador
automóvil. Por ejemplo, los bastidores laterales están reforzados con este material sintético
con fibra de carbono. De esta manera, ante un choque, el comportamiento del BMW Hydrogen
7 es exactamente igual al del BMW 760Li.
Además de lo expuesto anteriormente, los nuevos componentes también incorporan nuevos
sistemas de seguridad. Por ejemplo, el depósito de hidrógeno líquido dispone de un sistema
de gestión del vapor de hidrógeno “boil-off” y, además, cuenta con dos válvulas que permiten
la salida controlada del hidrógeno al entorno, por ejemplo, en caso de haber una presión
excesiva en el depósito (lo que puede suceder en caso de un impacto fuerte).
Pág. 30 Memoria
El depósito al igual que todos los demás componentes que se ocupan de la alimentación del
hidrógeno al motor, son de doble pared.
Las funciones de seguridad, especialmente previstas para el BMW Hydrogen 7, consiguen
detectar con antelación cualquier irregularidad y activar las funciones de protección
correspondientes. Por ello, el usuario siempre se mantiene informado sobre cualquier fallo en
el sistema, aunque éste aún no represente peligro alguno.
Este vehículo demostró que BMW es capaz de llevar esta nueva tecnología de hidrógeno a
la calle y que su uso puede ser viable en un futuro. Todo este proyecto data del 2006
aproximadamente, y a día de hoy, abril de 2020, BMW acaba de presentar su propuesta de
movilidad con hidrógeno, el BMW i-Hydrogen NEXT (véase la Figura 16) utilizando su modelo
todoterreno X5 como base. A la vista de la propuesta publicada por la marca, se trata de una
tecnología que aún le queda mucho camino por recorrer, pero que puede ser su alternativa
para un futuro cercano. También mencionar que, en base a la información obtenida, BMW
parece haber dejado atrás la idea de reconvertir sus motores térmicos para que funcionen con
hidrógeno, y en este nuevo proyecto se centra en el uso de las pilas de combustible, también
debido a su alianza con Toyota para el desarrollo y comercialización de esta tecnología.
Figura 16. BMW i-Hydrogen NEXT. Fuente: [15].
3.3. Toyota FCHV
Por otra parte, otra de las marcas más relevantes en cuanto a la utilización del hidrógeno
como combustible sería Toyota. Como más adelante se comentará, desde el 2014, esta
marca, junto con BMW han llegado a un acuerdo de I+D y comercial para desarrollar
conjuntamente pilas de combustible y con ellas, una plataforma para la utilización de esta
tecnología de hidrógeno común a ambas marcas.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 31
Este proyecto nace a finales del año 1996, cuando TOYOTA junto con el gobierno de Japón,
en concreto con el Ministerio de Tierras, Infraestructura y Transporte de Japón, deciden
realizar un proyecto para analizar la viabilidad del hidrógeno como un posible combustible de
futuro y analizar si su aplicación en el sector es posible.
A partir de esta fecha, TOYOTA empezó el diseño del FCHV, un vehículo que se realizó sobre
la base de su todoterreno RAV4 y que albergó un propulsor eléctrico alimentado por una pila
de combustible de hidrógeno. El tren de potencia del Toyota FCHV-1 (véase la Figura 17)
consistía en una pila de combustible de 90 kW alimentada por depósitos de hidrógeno
comprimido a bordo, y en una batería de níquel e hidruro metálico en paralelo. La batería y la
pila de combustible podían proporcionar energía a los motores de tracción de 90 kW, ya sea
por separado o en conjunto. El mecanismo era muy similar al del Hybrid Synergy Drive del
Toyota Prius y el Toyota Auris HSD, pero con la pila de combustible sustituyendo al motor de
combustión interna de gasolina, minimizando así las emisiones de gases de efecto
invernadero en la etapa de uso.
Figura 17. Toyota FCEV-1. Fuente: [16].
Este tipo de configuración permitía al vehículo circular a bajas velocidades alimentado
únicamente con la batería que llevaba a bordo, otorgándole una autonomía de alrededor de
50 km.
Cuando al vehículo se le demandaba una potencia mayor para circular a velocidades más
altas o para aceleraciones, la batería y la pila de combustible trabajaban en paralelo,
suministrando ambas energías eléctricas al propulsor. Además, el vehículo contaba con un
sistema de recuperación de energía eléctrica durante las frenadas para recargar la batería y
mejorar la eficiencia del vehículo en su conjunto.
Pág. 32 Memoria
Por tanto, Toyota logró un vehículo capaz de funcionar de esta forma, sin necesidad de
grandes cambios en la habitabilidad interior para instalar todos los dispositivos, pero el
principal problema de este concept car fue su autonomía que no llegaba realmente a más de
300 km y su elevado peso cercano a las 2 toneladas. En base a este vehículo, la marca
continuó el proceso de desarrollo creando diversas variantes del mismo hasta que en 2008
presentó el FCHV-adv (véase la Figura 18), que fue el primer modelo comercializado que
permitía el funcionamiento con pila de combustible de hidrógeno.
Figura 18. Toyota FCHV-adv. Fuente: [17].
El nuevo vehículo permitía una autonomía de más de 800 km gracias a sus baterías y los
nuevos tanques de hidrógeno, además de una pila de combustible de mayor eficiencia. Esta
evolución del sistema de celdas de combustible se dio durante los años de desarrollo, gracias
a las diversas pruebas realizadas con anteriores prototipos en condiciones de temperaturas
extremas, y con el descubrimiento y utilización de nuevos tipos de materiales. Cabe decir que,
uno de los principales problemas de este tipo de vehículos, es el arranque de la pila de
combustible en condiciones de frío, debido a que en estas circunstancias el poder realizar la
hidrólisis se vuelve una tarea tediosa, debido a la congelación del agua que se genera en su
interior.
Como consecuencia, el Toyota FCHV-adv puede arrancar y funcionar en zonas frías a
temperaturas de hasta 30 grados bajo cero, lo que significa que el vehículo se puede utilizar
en una mayor variedad de condiciones y climas.
Todo esto permitió una mejora de la eficiencia del combustible en un 25%, gracias al nuevo
rendimiento de la celda de combustible, el perfeccionamiento del sistema de frenado
regenerativo y la reducción de la energía consumida por el sistema auxiliar.
Otras modificaciones introducidas en esta nueva versión del vehículo, son la incorporación de
un control de degradación del catalizador del electrodo y la mayor duración de la celda de
combustible.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 33
Los depósitos desarrollados por Toyota estaban fabricados en composite, un material muy
ligero y extremadamente resistente. Además, iban forrados por dentro con un lienzo de nylon
que evitaba cualquier filtración del muy volátil hidrógeno. Este forro permitía que el depósito
fuera menos grueso, con lo que, se aumentaba la capacidad de estos en torno a 10% más de
hidrógeno comprimido, mejorando así la autonomía del vehículo sin aumentar los tanques de
hidrógeno (véase la Figura 19).
Figura 19. Depósito de hidrógeno Toyota FCHV-adv. Fuente: [18].
Con estas soluciones técnicas, Toyota logró solucionar dos de los principales problemas que
presentan los depósitos para hidrógeno: la porosidad y el excesivo peso que se produce
cuando se combate esa porosidad. Estos problemas, especialmente el del peso, hacían que,
hasta ese momento, los depósitos fueran demasiado aparatosos y acabaran por lastrar las
cualidades dinámicas de los vehículos que los llevaban. Gracias a esta tecnología, Toyota
conseguió depósitos de hidrógeno de alta presión a 70 Mpa, con los que el vehículo podía
recorrer unos 830 kilómetros sin necesidad de repostar.
Todo esto con una arquitectura de almacenamiento de hidrógeno y posición de baterias muy
compacta, sin eliminar espacio interior del vehículo, solo perdiendo algo de capacidad de
maletero (véase la Figura 20).
Pág. 34 Memoria
Figura 20. Esquema de almacenamiento de hidrógeno y arquitectura del tren de potencia del vehículo. Fuente:
[16].
Por lo tanto, este vehículo se presentó como la primera opción viable de utilización de pilas
de hidrógeno en el mercado, proporcionando una autonomía homologada de 830 km gracias
a sus depósitos de 156 l de hidrógeno a 70 Mpa y sus 1880 kg de peso. Todo esto movido
gracias a su motor eléctrico de 90 kW, alimentado por una batería de NiMH de 274 V y una
pila de combustible de 90 kW, los cuales le permitían llegar a una velocidad máxima de 155
km/h.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 35
3.4. Problemática
En conclusión, gracias a los casos anteriormente descritos, que han sido los más relevantes
dentro del sector de la automoción, se pueden observar diversas peculiaridades que
influyeron en que la comercialización de estos modelos fuera meramente testimonial. Se
trataba más de una estrategia de marketing que de producto rentable para su venta.
En aquellos momentos, la tecnología para utilizar el hidrógeno como combustible, fuera en un
motor de combustión o mediante el uso de pilas de combustible, aún estaba lejos de obtener
el rendimiento necesario para que fuera viable. Especialmente, en los motores de combustión,
los cuales presentaban rendimientos realmente bajos y además, una cuantiosa pérdida de
potencia en los mismos. A todo esto, mencionar la escasa durabilidad de las pilas de
combustible y baterías, que en este tipo de vehículos sufrían una degradación realmente alta.
Por otra parte, también se daba el hecho de que aún no se disponía de una tecnología
completamente desarrollada, tanto a nivel de calidad como de costes, para poder crear los
tanques de hidrógeno. Estos debían tener una forma específica la cual era complicada de
obtener, a la vez que debían de soportar una gran presión para dotar combustible de una alta
eficiencia.
Además de todo lo anterior, ningún país, salvo algunas excepciones como Japón, disponía
de algún plan de implantación de una red de hidrogeneras. Por este motivo, los vehículos
comercializados eran inviables para su uso cuotidiano, con el añadido del alto precio del
hidrógeno.
En definitiva, estos proyectos lograron dar visibilidad a cerca de las posibilidades del uso del
hidrógeno en la automoción, asentando las bases para proyectos futuros. Como se comentará
más adelante, en estos momentos la tecnología ha permitido que estos vehículos bajen su
precio de fabricación y venta, exista más suministro de combustible y las pilas de combustible
tengan un mayor rendimiento y sufran menos degradación, lo que permite que sean ya viables
dentro de la industria como alternativas a otros tipos de propulsión.
Pág. 36 Memoria
4. PRESENTE DEL HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
Actualmente el vehículo impulsado gracias al hidrógeno ha tenido mayor auge debido al
desarrollo de su tecnología, la cual hace más viable su uso. Aun así, no se ha establecido
como una alternativa de vehículo hoy en día, y sus ventas solo son testimoniales.
A lo largo de este punto del documento, se expondrán las principales cualidades que
presentan en la actualidad de esta nueva forma de movilidad. Así mismo, se comentarán
cuáles son los problemas actuales, que son principalmente los siguientes: producción del
hidrógeno, coste del mismo e infraestructura de recarga.
4.1. Hidrogeneras
En lo referente a la recarga de los tanques de hidrógeno de este tipo de vehículos, ésta se
lleva a cabo en las hidrogeneras. Estas “gasolineras de hidrógeno” no son más que una
adaptación de una gasolinera convencional para funcionar mediante unos surtidores de
hidrógeno, que suministran en pocos minutos los kilogramos necesarios para llenar los
depósitos de los vehículos.
Actualmente, la infraestructura de hidrogeneras en España es bastante limitada, por no decir
prácticamente inexistente. El repostaje del gas tiene en la venta del propio hidrógeno una de
los mayores condicionantes ya que, en España, la lista de hidrogeneras, nombre por el que
se conocen a estos puntos de distribución, no llega a la decena, en concreto, son solo 8 los
puntos de repostaje de hidrógeno.
Por comunidades autónomas, la mayor concentración de hidrogeneras en España se
localizan en Aragón, con 3 estaciones de servicio en las localidades de Huesca, Barbastro y
Zaragoza, seguidos de Andalucía, con una en Sanlúcar La Mayor y otra en Sevilla, y Castilla-
La Mancha, ubicadas en Puertollano y Albacete; cerrando el listado, hay una única estación
de hidrógeno en Madrid, que se localiza en la propia ciudad. Cabe remarcar que, aunque
estén construidas las hidrogeneras mencionadas, a día de hoy, solo tres de ellas se encuentra
operativas; Las dos de Castilla la Mancha y la de Huesca (véase la Figura 21).
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 37
Figura 21. Mapa hidrogeneras de España. Fuente: [19].
Esta escasez en el número de ubicaciones para la recarga viene dada por el número
testimonial de ventas de vehículos que utilizan este combustible. También es cierto, que los
pocos usuarios que opten por esta tecnología diferenciada, puede que se lo piensen dos
veces si no disponen de puntos para la recarga del gas que impulsa sus vehículos. Esto
provoca que un problema retroalimenta el otro y hace que no se avance en la infraestructura,
a no ser que algún gobierno impulse un plan de desarrollo, que por el momento, ni se
contempla.
En lo referente al repostaje en sí, recargar hidrógeno en un coche con pila de combustible es
similar a repostar gas, bien sea gas natural comprimido, GNC, o gas licuado del petróleo,
GLP, ambos, hidrocarburos cuya red de distribución es ampliamente superior a la de
hidrógeno.
Como se puede observar (véase la Figura 22), la arquitectura de estos surtidores es muy
similar a la que podemos encontrar en cualquier gasolinera hoy en día. Cuenta con una
manguera a la que se instala un conjunto formado, principalmente, por el gatillo y el boquerel,
cuyo fin cuenta con una cánula con un sistema de seguridad acoplamiento y cierre a la boca
de carga del depósito de hidrógeno.
Pág. 38 Memoria
Figura 22. Surtidor de repostaje de hidrógeno para vehículos. Fuente: [20].
Por tanto, el repostaje es muy similar a un coche de combustión, con la diferencia del sistema
de anclaje de seguridad ya que se está repostando un gas a alta presión. En lo referente al
tiempo de recarga, se estaría hablando de unos 5-8 minutos, dependiendo del tipo de tanque
de hidrógeno que disponga el vehículo. Esto hace que se obtenga un tiempo similar al que
presentaría cualquier vehículo convencional y mucho menos tiempo que la recarga de una
batería de vehículo eléctrico.
En lo que a la acción de recarga propiamente dicha se refiere, primero se debe retirar el
capuchón que cubre la entrada al depósito, quedando la toma accesible para poder conectar
la manguera. Éste presenta un sistema muy similar al que se puede ver en una bombona de
cualquier gas en la industria. Una vez encajado el boquerel a la boca de carga, mediante un
sistema macho-hembra, se aprieta el gatillo del dispensador. Entonces, se produce un cierre
hermético, que evita la fuga del gas en el momento de la recarga del hidrógeno. Dependiendo
del tipo de surtidor, el sistema del mismo detecta que el sellado ha sido correcto y, entonces,
se procede a la recarga.
Tanto si el surtidor requiere la apertura manual del flujo del gas, como si, una vez encajado el
surtidor en la boca del depósito, previo sellado hermético de la conexión de repostaje del
coche de hidrógeno, el fluido circula desde el surtidor al vehículo. Un vez el gas haya ocupado
el volumen máximo de la capacidad del depósito, el flujo se detendrá y el depósito quedará
totalmente lleno.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 39
Una vez que el depósito esté lleno, el método que desacoplamiento del sistema exige
desbloquear el gatillo de la pistola del surtidor, desplazando el pestillo de seguridad del mismo.
A continuación, es necesario girar, en sentido contrario al que fue acoplado, el boquerel y tirar
de la pistola para separarla de la boca de carga del depósito y volver a colgarla del surtidor.
Una vez conocido el proceso de recarga y como se encuentra la infraestructura de suministro,
existen alternativas a disponer de una red de recarga pública. Algunos fabricantes optan
porque la producción de hidrógeno se realice en comunidades de vecinos o pueblos, mediante
la instalación de pequeñas hidrogeneras que producen la totalidad de su hidrógeno, mediante
procesos totalmente libre del uso de gases que provienen de combustibles fósiles. Estos
pequeños surtidores (véase la Figura 23) funcionan mediante electrólisis y permiten producir
entre 2,5 y 5 kg de hidrógeno por día, y almacenarlo en tanques de hasta 20 kg. Esto se puede
realizar gracias a unos paneles solares situados en su parte superior y que le otorgan 20 kW
de potencia eléctrica, suficiente para poder obtener la producción citada. Matizar que un
vehículo que funcione con pila de hidrógeno tiene una capacidad de alrededor de 6 kg, por lo
que puede ser una opción interesante, ya que se trata de una infraestructura totalmente
sostenible y autónoma de la red eléctrica. El único inconveniente seria el precio, que se
situaría en estos momentos cercano a los 300.000 dólares.
Figura 23. Unidad de generación autónoma de hidrógeno. Fuente: [21].
4.2. Beneficios de vehículos propulsados gracias al hidrógeno
La finalidad de utilizar el hidrógeno como fuente de energía en automoción, siendo éste usado
en las pilas de combustible, se vislumbra como solución de los problemas que presentan tanto
los vehículos híbridos enchufables como los eléctricos puros de baterías.
Éstos disponen de dos grandes problemas adheridos al tipo de configuración mecánica. El
primero de ellos sería el de la autonomía.
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En los vehículos puramente eléctricos, la autonomía del mismo se ve directamente reflejada
en el tamaño de las baterías, cuanto mayor, más autonomía. Observando esto desde un punto
de vista más concreto, en estos momentos existen en producción baterías de alrededor de
los 100 kWh como referencia en la industria. Se trata de baterías extremadamente grandes y
sobretodo, pesadas, alrededor de 700-800 kg de peso, lo que afecta de manera muy negativa
tanto al comportamiento del vehículo como a la eficiencia del mismo. El problema es que
solamente este tipo de baterías permiten circular durante 500-600 km entre recargas, y por
tanto, es la única solución factible para viajes largos por carretera y comparables a cualquier
vehículo de combustión. Por otro lado, existen baterías de menos tamaño y capacidad,
normalmente alrededor de los 40-50 kWh, pero éstas solo son capaces de proporcionar
autonomías sobre los 250 km de conducción real, lo que solo les otorga a estos vehículos
validez para entornos urbanos y pequeños desplazamientos.
De esta manera, queda patente el problema que presentan estos vehículos, si se quiere
obtener un vehículo con un peso contenido, que conserve unas buenas cualidades dinámicas
y tenga un precio “asequible”, no se dispone de autonomía suficiente. En cambio, con una
batería enorme se soluciona el problema de la autonomía en detrimento de todo lo anterior.
Por este motivo, una de las posibles soluciones que plantean los fabricantes es utilizar las
pilas de hidrógeno para la generación de energía eléctrica.
De este modo, al utilizar la pila de combustible, ya no es necesario utilizar baterías de gran
tamaño, pudiéndose reducir hasta los 8-10 kWh. De esta forma, se disminuye peso y coste
de las mismas, ya que solo sirven como apoyo a la pila de hidrógeno o para permitir al vehículo
circular sin hacer uso de su fuente de energía principal. El resto del tiempo, la fuente de
energía a los motores sería la pila de combustible, cuyo único residuo durante la etapa de uso
del vehículo sería agua, por lo que para las ciudades sería igual de limpio que un vehículo
eléctrico a batería.
Por último, otro de los grandes problemas que la pila de combustible puede solucionar sería
el de la recarga o repostaje de los vehículos. Actualmente, para poder recargar un vehículo
eléctrico de batería de un 20% a un 80% se requiere, dependiendo de la potencia de recarga
y el tamaño de batería, en torno a 30-40 minutos en un cargador rápido de corriente continua.
Esto hace que los vehículos presenten una gran desventaja a la hora de recorrer grandes
distancias, ya que necesitan de grandes tiempos de recarga, que provocan un aumento
considerable en el tiempo de viaje. La utilización de la pila de hidrógeno solucionaría este
problema, ya que sus tanques de alrededor de 5-8 kg se pueden recargar en apenas 5
minutos, como si de un depósito de gasolina se tratara y así continuar la marcha, haciendo
que sea totalmente viable la realización de grandes viajes, tanto familiares como de negocios.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 41
4.3. Ayudas a la compra de estos vehículos y beneficios de su
compra
En cuanto a la compra de este tipo de vehículos se debe remarcar que por el tipo de
complejidad técnica de sus componentes, sumado a que no se producen en masa como un
vehículo con una propulsión mediante un motor de combustión interna, los costes de venta
son bastante superiores. Para poner en situación, si tomamos como referencia un SUV
compacto, es decir, del segmento C, su precio medio de compra estaría alrededor de los
26.000-28.000 euros, cuando un vehículo del mismo segmento que funcione con pila de
combustible como es el Hyundai NEXO tiene un precio de partida de 66.141 euros. Por tanto,
se puede observar que fácilmente esta tecnología duplica el valor de compra del vehículo.
Para ello, los diferentes gobiernos alrededor del mundo dan una serie de ayudas a la compra
de este tipo de vehículos para intentar potenciar su venta e iniciar una transición hacia una
movilidad más sostenible. En concreto, aquí en España, y junto con un plan de renovación
del parque de automóviles a nivel europeo, existe un plan de ayudas conocido como MOVES.
Mencionar que, en cuanto al combustible, en este caso el hidrógeno, no existe ningún tipo de
ayuda por su repostaje, situándose el coste por kilogramo de éste en España alrededor de los
7 euros.
Tal como se especifica en la propia web del IDEA, el Instituto para la Diversificación y Ahorro
de la Energía, El Programa MOVES se enmarca en el ámbito de incidencia de la Directiva
2014/94/UE del Parlamento Europeo y del Consejo de Europa del 22 de octubre de 2014, que
establece que los Estados miembros deben desarrollar un Marco de Acción Nacional
específico para implantar las energías alternativas en el transporte y su infraestructura
vinculada, dentro de la agenda europea para una movilidad más limpia, segura y conectada
y su Clean Mobility Package [22].
En cuanto a las ayudas deberán distribuirse de la siguiente manera, pero siempre a criterio
de cada comunidad autónoma, ya que estas podrán variar las ayudas en función de las
necesidades que ésta crea conveniente: entre un 20% y un 50% será para la adquisición de
vehículos alternativos. Entre un 30% y un 60% para la implantación de infraestructuras de
recarga (de este último porcentaje, como mínimo el 50% debe destinarse a puntos de recarga
rápida o ultrarrápida). La implantación de sistemas de préstamos de bicicletas eléctricas
deberá suponer entre el 5% y el 20% del presupuesto asignado y el apoyo a planes de
transporte en centros de trabajo pueden contar desde un 0% hasta un 10%.
Si se traducen los porcentajes anteriores en cifras económicas concretas, los importes de las
ayudas para la adquisición de vehículos oscilan entre los 700 euros para motos eléctricas y
los 15.000 euros para la compra de camiones y autobuses con propulsión alternativa.
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Las ayudas para la compra de vehículos ligeros eléctricos se sitúan en torno a los 5.500 €
(véase la Tabla 1).
Tabla 1. Ayudas aprobadas en el BOE para la compra de vehículos de energías alternativas. Fuente: [22].
En paralelo, se exigirá a los fabricantes, importadores de vehículos o puntos de venta, un
descuento mínimo de mil euros en la factura, excepto para las compras de cuadriciclos y
motos. Así, los potenciales beneficiarios de la ayuda estatal contarán con un incentivo
adicional para apostar por la movilidad sostenible.
Remarcar que este plan ha estado parado en los años 2018 y 2019, por los años de
inestabilidad política de España, a consecuencia de la cual no se dispone de unos
presupuestos actualizados donde dar cabida a esta iniciativa de renovación del parque
automovilístico español. A pesar de esta situación de inestabilidad, el Gobierno ha confirmado
que se va a reactivar este programa de ayudas. Por ello, el Gobierno Español prepara, para
el mes de junio, la aprobación de un nuevo plan de ayudas a la compra de vehículos
electrificados llamado Plan Moves 2, con una dotación inicial de 100 millones de euros, cuya
principal novedad sería la no obligación de achatarrar un coche usado a cambio de obtener
la bonificación. Este último dato era uno de los requisitos indispensables para optar al anterior
plan, ahora mismo, con esta actualización quien decida eliminar de la circulación un vehículo
de 10 años o más obtendrá una bonificación mayor, pero no penalizará a la persona física
que decida no hacerlo.
Según las últimas informaciones disponibles, de los 100 millones con los que el gobierno
dotará a este plan, un 70% irán destinados solamente a ayudas de compra y el resto, a la
subvención de puntos de recarga o infraestructura. Además, también se prevé aumentar el
precio máximo del vehículo adquirido para optar a la subvención, siendo este de 45.000 euros
en el caso de vehículos eléctricos o personas con movilidad reducida.
En esta ocasión, además, se producirá también una flexibilización en el modelo de compra y
podrán adquirirse vehículos en la modalidad de leasing.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 43
A día de hoy, 16 de Junio, ya se dispone del comunicado por parte del gobierno de que el
plan entrará en vigor en los próximos días, publicado de forma oficial en el Boletín Oficial del
Estado. Este plan estará vigente este mismo año 2020 y el próximo año 2021, con el fin de
impulsar una transición ecológica del parque de automóviles español.
4.4. Mercado actual de vehículos
En lo que respecta al volumen de ventas de los vehículos que funcionan mediante combustible
de hidrógeno, remarcar que solo existe una tecnología hoy en día que se venda: la que utiliza
hidrógeno en las células de combustible para producir energía eléctrica. Esto es debido a que
los motores de combustión que funcionan con hidrógeno actualmente no se venden y solo
están planteados en conjeturas futuras.
A raíz de esta información, surge la siguiente pregunta tanto a nivel europeo como mundial:
¿cuál es el volumen de venta de automóviles y dentro de éste, qué cifra representaría el
vehículo de pila de combustible de hidrógeno, los conocidos como FCEV (Fuel Cell Electric
Vehicles)?
Delimitando el marco de observación a Europa, ya que se dispone de mayor información
sobre ésta y un mayor conocimiento, las cifras de venta de vehículos en 2019 y los modelos
más vendidos serían los siguientes (véase la Tabla 2).
Tabla 2. Ventas de vehículos en Europa durante el ejercicio 2019. Fuente: [23].
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Como se puede apreciar, el volumen de ventas de una gran marca como Volkswagen está
alrededor de los 1,7 millones de automóviles vendidos en un año, computando todos sus
modelos, donde su punta de lanza, el Golf, ha llegado a superar las 400.000 unidades
vendidas.
Por tanto, teniendo una suma del volumen de ventas de una marca convencional y de un
modelo convencional de combustión referencia, se puede observar que los vehículos que
utilizan energías alternativas para su propulsión tienen algunos datos de ventas compartidos
con los convencionales, pero algunos otros que difieren de estos. Debido a esto, y analizando
el caso en particular de Europa, primeramente cabría hablar de los híbridos no enchufables,
donde Toyota es un referente, posicionado en la venta de estos vehículos en las unidades
que se muestran a continuación por países, y con el porcentaje total de las ventas sobre el
total de vehículos vendidos. Podemos ver cómo, aunque se hayan vendido bastantes
unidades, el porcentaje sobre el total se sitúa sobre el 4% (véase la Figura 24).
Figura 24. Ventas de vehículos híbridos no enchufables en Europa durante el 2019. Fuente: [24].
Si situamos también en este contexto los vehículos eléctricos recargables, es decir, los
eléctricos puros de batería, los híbridos enchufables y los eléctricos de rango extendido, las
ventas de éstos serían las siguientes (véase la Figura 25). Remarcar que todos los datos son
del pasado ejercicio 2019.
Figura 25. Ventas de vehículos eléctricos recargables en Europa durante el 2019. Fuente: [24].
Como se aprecia, juntando los 3 modelos de vehículos, la venta de este tipo de automóviles
es realmente pequeña, también rondando el 1-2% del total, siendo más alta en países donde
se han otorgado multitud de ayudas para intentar renovar el parque de automóviles.
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Una vez se ha reflejado el contexto europeo de venta de automóviles, ¿dónde se situarían los
que utilizan el hidrógeno como combustible? (véase la Figura 26).
Figura 26. Ventas de vehículos con pila de combustible de hidrógeno en Europa durante el 2019. Fuente: [24].
A la vista de los datos, la venta de este tipo de vehículos se puede decir que es prácticamente
nula, ya que no suponen ni un porcentaje de un 0,5% de las ventas totales, siendo unas ventas
más de carácter de marketing que realmente rentables para una marca. Se puede apreciar la
magnitud de este porcentaje al comparar las ventas anuales de un vehículo generalista como
podría ser el Golf, las cuales ascienden a 400.000 unidades, frente a las aproximadas 1.400
unidades de cualquier modelo que utilice pila de combustible.
Si este volumen de ventas se sitúa en un contexto globalizado, donde las marcas venden
millones de vehículos, en concreto, la marca Toyota vendió en el pasado ejercicio 2019
alrededor de todo el mundo 10,74 millones de vehículos. Teniendo esas cifras presentes,
según la Agencia Internacional de la Energía (International Energy Agency), las cifras de venta
de vehículos con pila de hidrógeno en el pasado año 2019 fueron las siguientes (véase la
Figura 27).
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Figura 27. Volumen global de ventas de vehículos que utilizan el hidrógeno como combustible en 2019. Fuente:
[25].
Se puede observar, y una vez más remarcar, que las ventas son testimoniales, únicamente
utilizables como estrategias de marketing y de desarrollo tecnológico por parte de las
diferentes compañías de la industria de la automoción. Si lo comparamos con el total de
ventas a nivel mundial, que ascendió a los 91.3 millones de unidades en el año 2019, las
ventas de los vehículos que utilizan hidrógeno fueron solo de 12.952 vehículos, lo que
solamente representaría un 0,014% del total.
Como ya se comentó en apartados anteriores, aparte del coste del propio vehículo y de los
escollos que este aún debe superar, otro de los graves problemas es la inexistencia de redes
de recarga de hidrógeno. Si se realiza una comparativa de las hidrogeneras disponibles en
2018 (véase la Figura 28), frente a las gasolineras que existen solamente en Europa, cuyo
número asciende a 77.000 estaciones de repostaje para vehículos, la cifra también es
sumamente significativa. La cifra en Estados Unidos aun es mayor, siendo de 114.500
gasolineras, frente a las 376 hidrogeneras que existen en todo el mundo.
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Figura 28. Hidrogeneras disponibles para el consumidor mundialmente en 2018. Fuente: [25].
Por todo lo anterior, uno de los graves problemas que presentan este tipo de vehículos es la
inexistencia de infraestructura de recarga y, por tanto, son vehículos totalmente inviables hoy
en día.
4.5. ¿Por qué es tan limitado el uso de hidrógeno en
automoción?
Cuando aparece una nueva tecnología en el sector del automóvil, cualquier elemento distinto
a lo común, imposibilita de alguna forma la facilidad de introducción al mercado. Básicamente
sucede algo similar con los vehículos impulsados por hidrógeno.
Si se deja a un lado los vehículos con motores reconvertidos para funcionar con hidrógeno,
los vehículos que utilizan pilas de combustible presentan una serie de problemas intrínsecos
a su arquitectura, de ahí su poco volumen de ventas y su bajo impacto en el mercado. Tal
como se ha comentado en puntos anteriores del presente proyecto, actualmente a nivel global
se puede afirmar que la infraestructura de recarga es inexistente.
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A raíz de esta falta de infraestructuras, surge la siguiente pregunta: ¿qué sentido tiene
disponer de un vehículo cuya recarga de combustible no está garantizada? Este es uno de
los puntos que tienen un impacto más negativo, y que hasta que los diferentes gobiernos no
aprueben un plan para crear una infraestructura mínima que permita diferentes
desplazamientos, estos vehículos carecerán de utilidad.
Por otro lado, también está presente en qué medida el hidrógeno se produce de una forma
limpia o mediante combustibles fósiles. Recordar que el fin del vehículo de hidrógeno es
solucionar los problemas de contaminación que presentan los vehículos que utilizan
combustibles fósiles. Por ello, la obtención del hidrógeno no debe de proceder de estos; si no,
lo único que se logra es desplazar la emisión de gases contaminantes de las ciudades a las
afueras, pero la contaminación del entorno sigue existiendo. Además del método de
producción que debería ser sostenible, utilizando por ejemplo la electrólisis del agua y no
gases como el metano, el hidrógeno presenta otro impedimento, que sería el coste por
kilogramo del mismo, que si situaría alrededor de los 8 euros. Si se ve en perspectiva, este
coste supone que el llenar los depósitos puede suponer alrededor de los 45-50 euros,
prácticamente el mismo precio que llenar el depósito de gasolina, por lo que, a nivel de
marketing, tampoco el consumidor ve ahí un aliciente en estos vehículos, como sí pasa por
ejemplo con la recarga de un vehículo eléctrico a batería, cuyo coste, si se hace en casa y de
noche, es prácticamente nulo.
Como se puede ver, estos problemas serían más achacables a la falta de inversión en
infraestructura por parte de los diferentes países o a la falta de medios para producir energía
renovable, pero decir también que el vehículo presenta una serie de limitaciones en cuanto
arquitectura se refiere. La primera de ellas sería la degradación de la batería, como sucede
en cualquier vehículo eléctrico, aunque es cierto que éstas pueden tener una vida mayor y no
ser un problema.
El verdadero impedimento que presenta este tipo de vehículos es la degradación de la pila de
combustible. Ésta, por el momento, no soporta una vida más allá de los 160.000 km de media,
y su precio de sustitución supondría aproximadamente un 50% del coste del vehículo. Hay
que tener presente que una de las posibles bazas con las que cuenta esta arquitectura es
que, si se logra resolver la degradación de la pila, estos vehículos pueden aguantar sin
prácticamente mantenimiento. En contrapunto a los vehículos con motores de combustión,
que necesitan mantenimientos periódicos y tienen una vida limitada por sus componentes, a
no ser que se opte por caras reparaciones o reconstrucciones. Por ello, poco a poco las
diferentes marcas están logrando mejorar la vida de las pilas y obteniendo aún más
rendimiento de las mismas, por lo que disminuye tanto el peso como el tamaño, cosa que
también beneficia al rendimiento final del coche.
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Por último, otro gran impedimento es que, al no existir una demanda de este tipo de
tecnología, ésta no está escalada para su producción en masa, y por este motivo los costes
no disminuyen. Como conclusión, el que acaba pagando todo esto es el consumidor, que se
plantea la compra del vehículo, y como es lógico, compara con otros modelos y arquitecturas
de combustión. Mencionar que, si hablamos del Toyota Mirai, éste no es más que un Toyota
Prius algo modificado para albergar en su interior la planta motriz mediante célula de
combustible, pero el comprador lo que aprecia es un vehículo a un 90% igual que un Prius,
en cuanto a calidad de materiales y diseño se refiere, que tiene un coste 30-40 mil euros
superior, el cual tendrá muy complicado de poder recargar con hidrógeno. De ahí el pequeño
volumen de ventas y los problemas que se han mencionado.
4.6. Comparativa entre un EV-Rex vs EV-Hidrógeno vs Híbrido
no enchufable
Si se observa en profundidad, se pueden ver matices muy similares entre las arquitecturas de
los vehículos que utilizan pila de combustible, los eléctricos de rango extendido y los híbridos
no enchufables. Realizando un análisis más profundo, se podría afirmar que los vehículos de
pila de combustible utilizan los puntos fuertes de los dos anteriores para lograr una
arquitectura que puede generar muchos beneficios. Primeramente, se va a comentar cuál es
la arquitectura de un EV de rango extendido y sus peculiaridades, para así después poder
ponerlo en perspectiva junto a un FCEV (vehículo eléctrico de pila de combustible de
hidrógeno).
El principal problema de los vehículos eléctricos de batería hoy en día, y con la tecnología que
se dispone en las baterías, es la autonomía. Es bien sabido que a mayor capacidad de la
batería se dispondrá de una autonomía más elevada, pero también de un tamaño más grande
y sobretodo, mayor peso, lo que resta eficiencia al vehículo, haciendo que éste gaste más
energía para un mismo desplazamiento y mermando la autonomía. Ante esta tesitura, muchos
fabricantes están empezando a desarrollar y comercializar la tecnología conocida como
eléctricos de rango extendido.
Bajo esta designación, los fabricantes han diseñado una arquitectura de vehículo eléctrico con
un tamaño de batería totalmente óptimo. Esto se debe a su pequeño tamaño, prestaciones y
peso, logrando vehículos con gran eficiencia y una autonomía para desplazamientos urbanos
e interurbanos de pequeña distancia. Dicho vehículos presentan una autonomía bajo ciclo de
homologación de alrededor de unos 200 km, quedándose en unos 170-180 km reales.
Mencionar que una persona para ir a su trabajo y volver, según estudios realizados por las
diferentes marcas de automóviles, cuantifican en una media de 50 km lo que necesita
diariamente una persona.
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Claro, ante la tesitura de desplazarse diariamente al puesto de trabajo, este tipo de vehículos
de tamaño reducido, con una autonomía digamos de 160 km y bajo consumo, son muy
rentables. Además, utilizan baterías de menor tamaño, por lo que son mucho más económicas
tanto en el momento de la compra como en un supuesto reemplazo en un futuro. Pero, ¿qué
sucedería si se dispone a hacer un viaje largo? Sería totalmente imposible sin parar a recargar
el vehículo y los tiempos de espera asociados. Ante este problema, la solución la pueden
proporcionar los REX.
Éstos utilizan un pequeño motor de combustión, generalmente de gasolina, de 1-2 cilindros y
muy poca cilindrada, cuya única función es generar energía eléctrica para alimentar al motor
eléctrico del vehículo y la batería. Debido a esto, este generador integrado en el vehículo
proporciona un aumento considerable de la autonomía, junto con un consumo de combustible
muy bajo y un funcionamiento realmente óptimo, ya que no va sufriendo transitorios de
arranques o paradas, sino que siempre trabaja en su punto de máxima eficiencia.
Si ejemplificamos esto mediante un modelo en concreto, se podría mostrar el BMW i3 REX.
Este vehículo parte de la base del primer eléctrico de BMW que presentaba 170 CV de
potencia junto a 250 Nm de par motor, además de unos 1350 kg de peso, lo que le
proporcionaba además de unas grandes prestaciones dinámicas una autonomía homologada
de 190 km. Para alimentar este vehículo, BMW lo dotó de una batería de un tamaño muy
compacto, de tan solo 19 kWh, que, si la comparamos con la batería de un Tesla Model 3 de
75 kWh, vemos que ésta es más de 3 veces superior.
Este vehículo proporcionaba a los usuarios una solución para el 90% de las situaciones
mencionadas anteriormente. Con este fin, BMW instaló un pequeño motor de 800 cc
proveniente de una de sus motos en el vehículo (véase la Figura 29), pero optimizado para
funcionar en su punto de máxima eficiencia y de forma constante, generando 38 CV
solamente.
Figura 29. Motor de combustión interna de gasolina del BMW i3 REX. Fuente: [26].
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Gracias a este pequeño generador, el vehículo ganaba otros 190 km de autonomía extra, ya
que la capacidad de recarga de este generador era de 18,8 kWh, prácticamente lo mismo que
daba la batería, y solamente necesitaba un depósito de 9 litros de gasolina. Si miramos
detenidamente las cifras, gracias a este motor, el vehículo aumentaba su autonomía de 190
km de autonomía a 380 km, suficiente para hacer un viaje de Valencia a Madrid sin detenerse
y solamente consumiendo algo menos de 9 litros de gasolina.
De esta forma, se soluciona el principal problema de los vehículos eléctricos, que es el de la
autonomía para grandes viajes.
Por ello, si se observa de manera detenida, el funcionamiento de un FCEV tiene un concepto
similar. Esto es debido a que normalmente los FCEV disponen de una pequeña batería para
tener unos pocos kilómetros en modo eléctrico o para absorber el exceso de energía eléctrica
producida por la célula de combustible. A partir de ahí, el motor eléctrico se nutre de la
cantidad de energía eléctrica que la célula de combustible genere en todo momento, teniendo
una energía disponible en función de la necesidad.
Por ello, un FCEV combina lo mejor de un vehículo de combustión por facilidad de repostaje
y de recorrer grandes distancias, y lo mejor de un vehículo eléctrico, como son sus nulas
emisiones en funcionamiento, la potencia instantánea y la comodidad de uso. Utilizando el
Toyota Mirai (véase la Figura 30) como referencia, ya que es el FCEV que mayor éxito ha
tenido hasta la fecha, este dispone de un motor de 154 CV y una autonomía de más de 500
km, gracias a sus depósitos de 5 kg de hidrógeno. Además de esto, dispone de una pequeña
batería, la misma que utiliza el Toyota Camry, de casi 2 kWh de capacidad.
Figura 30. Arquitectura Toyota Mirai FCEV. Fuente: [27].
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Ante esta tesitura, se puede comprobar que la utilización de los vehículos de pila de
combustible tiene propiedades de los EV-REX, tomando de éste sus puntos fuertes, pero
también se puede decir que son una evolución de los vehículos híbridos no enchufables, como
los que la propia Toyota comercializa.
Si observamos detenidamente la arquitectura de un Toyota Prius (véase la Figura 31), por
escoger el modelo con más renombre dentro del mundo de los híbridos de Toyota, éste se
impulsa gracias a un motor térmico de ciclo Atkinson. Éste está muy optimizado para consumir
el mínimo combustible posible, el cual es apoyado mediante un motor eléctrico en las
aceleraciones o recuperaciones, para que éste no incremente sustancialmente el consumo
en esas situaciones concretas, sobre todo en ciudad. Para ello, mediante un 2º motor eléctrico
genera energía eléctrica, además de la recuperación mediante la frenada regenerativa. Toda
esta energía se almacena en una pequeña batería de alrededor de 1,6-1,8 kW de capacidad,
para poder ser utilizada en las dos situaciones anteriores, con lo que el vehículo consigue una
bajada de consumos muy elevada, especialmente en ciudad.
Figura 31. Arquitectura Toyota Prius Hibrido no enchufable 2018. Fuente: [28].
Si hacemos hincapié en la arquitectura, se puede decir que es prácticamente la misma que la
de un vehículo de pila de combustible, con la salvedad de que el motor térmico se sustituye
por la pila y el depósito de combustible por un tanque de hidrógeno, pero la arquitectura
técnica es muy similar.
Por ello, los vehículos FCEV combinan los puntos fuertes de estos dos tipos de vehículos, y
realmente son una gran alternativa de futuro, si se resuelven los diferentes problemas de
juventud que presentan, pero tal como se citará más adelante en el trabajo, ya existen
proyectos que se están dando a conocer y que auguran un gran futuro a esta tecnología.
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5. FUTURO DEL HIDRÓGENO EN AUTOMOCIÓN
En vista de todo lo comentado anteriormente, se puede decir que la tecnología del hidrógeno
está lo suficiente desarrollada para su uso, mucho más de lo que estuvo en su día el motor
de combustión interna o, no hace tanto, los vehículos eléctricos. El principal problema de la
tecnología pasa por la escasa, por no decir inexistente, red de recarga, además de la
necesidad de producir hidrógeno realmente de manera limpia para convertirse en una
alternativa real a cualquier otro tipo de unidad motriz, ya sea eléctrica a batería o mediante
motores de combustión interna.
Por ello, durante el transcurso de este último punto del proyecto, se va a hacer hincapié en
las diferentes soluciones de futuro que gobiernos y empresas del sector vislumbran a pocos
años vista. Así mismo, se van a presentar qué tipo de modelos podrían llegar al mercado,
algunos están en estos momentos en fase de pruebas y otros como conceptos, pero todos
pueden acabar funcionando si todas las piezas de este complejo puzle encajan.
5.1. Infraestructuras de producción y recarga
Por tanto, para que el hidrógeno tenga un posicionamiento real en la industria del automóvil y
se convierta en una alternativa real, lo primero que se debe hacer es pensar o diseñar una
nueva forma de infraestructura, tanto para la producción del propio combustible, como para la
recarga por parte de los propietarios de vehículos.
5.1.1. Producción Limpia de Hidrógeno
Como se ha mencionado anteriormente, el mayor problema del hidrógeno es que su
producción depende en mayor medida de la utilización de combustibles fósiles o derivados,
por lo que aun pudiendo producir la demanda teórica, seguiría siendo una producción de todo
menos limpia.
Por ello, el factor crucial será lograr una producción a partir de métodos que no sean
perjudiciales para el medio ambiente. Por ello, existen multitud de proyectos de investigación
en busca de un método de producción ecológico y viable económicamente, con ayudas por
parte de los diferentes gobiernos u organizaciones, incluidas las principales marcas alrededor
del mundo.
Después de realizar una búsqueda de este tipo de proyectos de I+D, cabe resaltar el realizado
por la Universidad de Stanford [29], donde investigadores de dicha universidad han ideado
una manera de generar combustible de hidrógeno utilizando la electrólisis del agua, energía
solar y agua salada sin purificar, la fuente de energía más abundante en la tierra.
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Revisando el proceso de electrólisis ya conocido, éste es realmente ecológico, sobre todo si
se nutre mediante una fuente de energía renovable. El problema del mismo es que necesita
agua dulce altamente purificada, lo que implica una materia prima costosa, tanto técnica como
económica. Por este motivo, el poder utilizar agua del mar sin ningún tipo de tratamiento abre
un abanico para el abaratamiento de costes de una forma relevante, al igual que se muestra
como una materia prima muy abundante en el planeta y a la que cualquier país podría tener
acceso.
El mayor problema con el que se encontraron es que, por concepción de la electrólisis del
agua, se requiere de dos electrodos con corrientes distintas, un ánodo y cátodo, siendo el
primero positivo y el segundo negativo. Este proceso con agua dulce y purificada no supone
ningún problema en su concepción, pero al utilizar agua de mar sí, ya que es salada. Por
tanto, tiene concentración de cloruro sódico, el cual por sus propiedades intrínsecas tiende a
estar cargado negativamente, por lo que se alojaría en el ánodo provocando la corrosión del
mismo, limitando la eficiencia y vida de la máquina de generación de hidrógeno. Para evitarlo,
los investigadores proponen una solución basada en cubrir el ánodo con capas ricas en
cargas negativas, lo cual repele el cloruro sódico y evita la corrosión del material. Estas capas
de protección se componen de hidróxido de níquel y hierro, que cubren un núcleo de espuma
de níquel en el ánodo. De esta forma, y en las primeras pruebas, consiguieron pasar de las
12 h de producción antes de la oxidación del ánodo a las 1000 horas de uso.
Una vez obtenida una solución a este problema, y al utilizar agua de mar que es más
conductora precisamente por contener entre otros el cloruro sódico, se pudo utilizar una
corriente hasta 10 veces superior a las de generadores convencionales, lo que ayuda a
generar muchísima más cantidad de hidrógeno en un espacio de tiempo menor.
Como publican en el propio estudio, esta tecnología podría revolucionar la producción de
hidrógeno consiguiendo que fuera más económico, además de producir mayor cantidad del
mismo en un menor tiempo.
La finalidad de este tipo de investigaciones es la autoproducción del hidrógeno, como se
comentó en puntos anteriores del proyecto. Esta tecnología podría funcionar mediante
energía fotovoltaica con panales montados sobre las estaciones de producción, que tendrían
una superficie similar a la de un contenedor de transporte de mercancías marítimas. Esto
permitiría alojar el propio surtidor para que los usuarios pudieran recargar el hidrógeno
necesario en sus vehículos, un concepto similar al que hoy en día tenemos con las gasolineras
low-cost, que son totalmente automatizadas y de autoservicio.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 55
5.1.2. Nuevas infraestructuras de recarga
Además de las nuevas formas de producción de hidrógeno, utilizando nuevas materias
primas, también se debe hacer un cambio en el concepto de infraestructura para la generación
y recarga del hidrógeno. Al igual que en el estudio de nuevas formas de generación, en cuanto
a infraestructuras existen diferentes pruebas piloto alrededor de los diferentes países de la
propia Unión Europea, pero en este punto se va a destacar un proyecto que se va a poner en
marcha ya en España, en concreto en Baleares.
Se trata del proyecto Power to Green Hydrogen Mallorca [30], impulsado por el gobierno
Balear y diferentes empresas del sector energético, mediante el cual proponen la creación de
una planta de generación de hidrógeno, totalmente sostenible y que lidere el cambio de las
islas a un consumo de combustibles fósiles menor hasta eliminarlos por, en este caso, un
combustible alternativo y limpio como es el hidrógeno. El proyecto comenzará su creación en
2021, con un presupuesto de 50 millones de euros y se espera que en 2023 este totalmente
operativa. Consiguiendo así ser la planta de generación de hidrógeno más importante de
Europa. Una planta que se nutrirá de la energía fotovoltaica y eólica que se producirá en
Mallorca y que se convertirá en uno de los primeros pasos para ir cambiando el modelo
energético de la isla.
Este proyecto consiste, básicamente, en convertir la energía fotovoltaica en hidrógeno, que
se realizará a través de esta planta situada en el municipio de Lloseta. El segundo paso será
almacenar el hidrógeno a través de varios sistemas, para proporcionarlo como combustible
tanto a los autobuses de la EMT, a los coches de alquiler que se recogen en el aeropuerto, a
las naves de los polígonos industriales y a los hoteles que cuenten con las instalaciones
adecuadas. Así se podrá iniciar la fase de descarbonización de la isla, e ir sustituyendo los
combustibles fósiles por una energía limpia, que no generaría ningún tipo de contaminación
al entorno. Con la producción de hidrógeno que se genere en esta planta será suficiente para
cubrir toda la demanda de los clientes de Mallorca, pero tampoco se descarta que, a través
del sistema de almacenaje, se pueda distribuir también a la Península.
Mediante la creación y utilización de la energía de la planta, se puede llegar a obtener hasta
10 MW de producción, según las necesidades. Además, se estima que, con este nuevo
modelo de generación de energía limpia, se puede evitar la producción de hasta 16.000
toneladas anuales de CO2, además de iniciar un proceso de eliminación de cualquier tipo de
combustible que produzca cualquier tipo de emisión contaminante de la isla, siguiendo ésta
su plan de tener en 2050 un territorio libre de contaminación por combustibles fósiles, recogido
todo dentro de la ley de cambio climático, lo que situaría a Mallorca como una referencia a
nivel nacional y europeo en lo que se refiere a transición ecológica.
Pág. 56 Memoria
Por tanto, mediante este tipo de iniciativas tanto públicas como privadas, se demuestra que
aún queda mucho camino por recorrer en lo que se refiere al hidrógeno, y por ello, se le sitúa
como una alternativa real si se ponen medios por parte de los diferentes países. Este proyecto
es un claro ejemplo de lo que se puede llegar a conseguir, además de una producción
totalmente sostenible. Adicionalmente, el coste de producción del combustible bajará, lo que
lo hará más accesible para que los usuarios particulares puedan pensar en la compra de
vehículos que funcionen con dicho combustible.
5.2. Transporte por carretera: Vehículos industriales
Por el momento, y contemplando los anuncios y publicaciones de las marcas del sector de la
automoción, el futuro más cercano del hidrógeno pasa por el transporte pesado por carretera
debido a varios motivos. El principal es el espacio necesario tanto para las pilas de generación
de hidrógeno, así como para los diferentes depósitos, cosa que en los grandes camiones de
mercancías no es un problema, debido al gran espacio disponible tanto en la cabina como en
la caja que arrastra. Además, otro de los problemas que supone utilizar las pilas de
combustible es que al reducir el tamaño de las mismas para poder alojarlas en los vehículos
convencionales, se deben crear miniaturas de una tecnología conocida, lo que incrementa el
precio de las mismas por la necesidad de utilizar materiales de mayor calidad para no perder
rendimiento y vida de la misma.
Con estos pequeños problemas, no son pocas las marcas que están proponiendo modelos
de movilidad utilizando las pilas de combustible de hidrógeno en alguno de sus camiones de
transporte por carretera. Todas estas propuestas están enfocadas a llevarse a cabo a partir
de 2025, cuando la normativa europea, sobre todo, va a ser mucho más restrictiva en cuanto
a emisiones se refiere.
5.2.1. Hyundai HDC-6
Un claro ejemplo del concepto de vehículo pesado, que las marcas vislumbran para los
próximos años, es el que presenta la Coreana Hyundai con el HDC-6 (véase la Figura 32). Se
trata de una cabeza tractora con la capacidad de remolcar hasta 36000 kg de masa máxima
autorizada, lo que le sitúa como camión de la categoría N3, la más alta existente en España.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 57
Figura 32. Prototipo camión Hyundai HDC-6. Fuente: [31].
Se trata de un camión que funciona mediante pila de combustible, la cual es alimentada
mediante tanques de hidrógeno a una presión de hasta 700 Bar. Este modelo se trata de un
concept truck, del cual derivaría una versión de producción en serie de cara a 2030. Se trata
de una propuesta de movilidad por carretera de largo recorrido que, además, cuenta con unas
emisiones inexistentes, debido al propio concepto de la pila de combustible de hidrógeno.
En lo referente a sus especificaciones técnicas, no se conocen todavía debido a que es un
concept, pero como se sabe que lo impulsarán una serie de motores eléctricos, éstos
proporcionarán el par necesario para mover las grandes cargas que deben transportar este
tipo de vehículos.
Este no es más que otro vehículo que utiliza pila de hidrógeno de la marca, donde tiene como
punta de lanza al Hyundai Nexo, un SUV que cuenta con unos 800 kilómetros de autonomía
gracias a una pila de combustible de 90 kW y sus tanques de hidrógeno. Además de este
modelo, Hyundai prepara una serie de camiones de pequeño tamaño para reparto urbano y
usos similares, que tiene como fecha de venta 2023, y se debían presentar este año, pero
debido a la crisis sanitaria que se está viviendo, la presentación ha sido aplazada sin una
fecha concreta.
5.2.2. Nikola Tre
Nikola se trata de una start-up americana que nació en 2014 con el objetivo de darle una
vuelta de tuerca al transporte por carretera, con el objetivo de conseguir una variante a los
motores diésel, obteniendo la misma potencia y fuerza de éstos, su autonomía, pero con cero
emisiones. Además, su planteamiento se vio impulsado debido a las diversas propuestas que
estiman que para 2030 la Unión Europea prohibirá el transporte de carretera mediante
vehículos diésel, medida que se adoptaría también en algunos territorios de los Estados
Unidos como California.
Pág. 58 Memoria
El fundador de Nikola Motors, Trevor Milton, dedicó parte de su carrera a buscar qué tipo de
combustible pudiera ser interesante para el transporte por carretera, y se dio cuenta que el
hidrógeno era el único factible. Como otras marcas, vio que las baterías no daban autonomía
suficiente, además de ser pesadas y tener tiempos de recarga eternos. Por otro lado, el
hidrógeno tiene un tiempo de recarga prácticamente igual al de un camión diésel y mediante
la tecnología de la pila de combustible, podía funcionar en un vehículo pesado.
Por ello, creó una cabeza tractora de gran tonelaje, categoría N3 también como la de Hyundai,
la cual dispone de una batería de Litio relativamente pequeña para lo que es un camión, junto
a una pila de combustible de gran potencia, y unos tanques de hidrógeno.
De esta manera, obtienen de su prototipo unas prestaciones que realmente lo hacen una
alternativa, siempre y cuando se dispongan de surtidores para poder repostar el hidrógeno,
problema recurrente en estos momentos. Por ello, en la misma web de la empresa, se
proporciona una tabla comparativa entre su camión de pila de hidrógeno, un mismo supuesto
eléctrico a batería y un camión diésel convencional (véase la Tabla 3).
Tabla 3. Tabla comparativa de las especificaciones de un camión EV de Nikola Motors, el camión de hidrógeno
de Nikola Motors y un camión tipo diésel. Fuente: [32].
Como se puede observar en la tabla comparativa anterior, queda claro que la solución de
Nikola de un camión FCEV casa con la filosofía de la marca hacia una transición hacia un
nuevo concepto de movilidad. Esto se conseguiría combinando la rapidez de recarga de
combustible de un vehículo diésel, así como su peso total con carga. Adicionalmente,
presenta las mismas ventajas en cuanto a cifra de par que un vehículo eléctrico de batería
proporciona, creando así una tecnología que se adapta a la perfección para el transporte por
carretera de largo recorrido.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 59
En lo que a autonomía se refiere, y gracias a los tanques de hidrógeno que alberga en el piso
del camión y los laterales del mismo, se puede obtener desde 800 hasta los 1600 km de
autonomía, muy cercano a lo que se logra con un vehículo diésel, que se sitúa sobre los 1000-
1800 km, por lo que nuevamente se reafirma como alternativa a éstos. Este gran rendimiento
del hidrógeno es gracias a su pila de combustible, de la cual no se ha publicado ninguna
información salvo que trabaja a 800 Voltios, una tensión realmente elevada y que vislumbra
que esta puede tener unas características de potencia y eficiencias muy elevadas.
En lo que se refiere a los plazos de entrega de los vehículos, Nikola tenía previsto entregar
este mismo año 2020 diversos camiones prototipos para que diferentes compañías
interesadas en el producto lo probaran, con el fin de tener una flota competitiva en el mercado
para 2025. Así mismo la compañía está intentando crear una serie de hidrogeneras para el
repostaje de los camiones, utilizando el mismo concepto que ha hecho Tesla con su red de
supercargadores, y así darle viabilidad al hidrógeno como combustible en un futuro cercano.
5.2.3. Proyecto Toyota-Hino Trucks
Por último, otro proyecto en lo que se refiere a los transportes por carretera de gran tonelaje
es el que desarrollan Toyota junto con Hino (véase la Figura 33). Este último es una marca
de vehículos pesados perteneciente al grupo Toyota y ubicada en Japón, por lo que se podría
decir que este es un proyecto desarrollado por el grupo Toyota en su totalidad.
Al igual que los otros dos proyectos mencionados, el objetivo de este proyecto es la realización
de un camión de hasta 25 toneladas, el cual debería ofrecer una autonomía contundente para
ser una alternativa viable. Dado lo nuevo del proyecto se conocen pocos datos, pero
suficientes como para ver que se encamina de la misma forma que los anteriores.
Figura 33. Camión prototipo Toyota-Hino. Fuente: [33].
En cuanto a autonomía se busca que esté alrededor de los 600-800 km, afirmando que no se
busca más para obtener un compromiso con la eficiencia, y debido a que el repostaje al ser
como el de un vehículo diésel no supone más de 10 minutos.
Pág. 60 Memoria
En cuanto a la pila de combustible ésta se está desarrollando con los conocimientos que
Toyota tiene del Mirai fase 2, en concreto, el vehículo prototipo cuenta con 2 pilas del Mirai.
Respecto al almacenaje del hidrógeno, se dispone de un tanque a alta presión, alrededor de
70 MPa, junto con baterías de iones de litio para el almacenaje de la energía eléctrica. En lo
referente al motor, Toyota apuesta por un motor síncrono de corriente alterna para mover el
camión de 12 metros y que puede cargar hasta 25 toneladas. En cuanto a su comercialización,
el vehículo se encuentra en fase de pruebas, pero dado de lo avanzado del proyecto se podría
decir que en los próximos años podría ver la luz como vehículo para su comercialización.
5.3. Nuevos tipos de motores o tecnologías
En lo referente a nuevas tecnología dentro del sector, se van a remarcar dos noticias de gran
relevancia que se han dado a conocer en los últimos meses. La primera de ellas es sobre una
nueva arquitectura de FCEV, que ya tiene mucho camino avanzado, es totalmente fiable y
obtiene un gran rendimiento, lo que la hace una alternativa totalmente viable para vehículos
de uso personal. Además de esto, se va a destacar también una patente desvelada hace
pocas semanas por parte de una marca como MAZDA, que puede dar a conocer sus planes
de futuro, y aunque sea de manera personal, hacer una suposición de una posible utilización
de la arquitectura que dicha patente presenta.
5.3.1. BMW i Hydrogen NEXT
En lo referente a proyectos futuros totalmente desarrollados en lo que a vehículos de
pasajeros se refiere, se debe comentar el creado por BMW junto con Toyota, el i-Hydrogen
NEXT. Como se puede observar, la marca Toyota prácticamente está involucrada en
cualquier proyecto relacionado con el hidrógeno, esto es así debido a la fuerte apuesta por la
marca sobre esta tecnología, ya que Toyota afirma que el paso de sus vehículos híbridos
hacia una movilidad más sostenible es mediante la tecnología pila de combustible. Este
proyecto de BMW, que se presentó a final de marzo de este mismo año 2020, es el prototipo
de una plataforma mecánica que entrará en comercialización en 2022 sobre el nuevo X5 de
la marca, y que se irá extendiendo a los demás modelos que BMW oferta.
Debido a que el prototipo se presentó hace pocos meses, se conoce poco sobre él, pero ya
se pueden ver características del sistema que hacen ver lo evolucionada que está la
tecnología y lo viable que podría ser, si se resuelve el problema del repostaje. Con los datos
en mano, contará con un tren motriz que contará con una potencia total de 374 CV y que
equipará un sistema de celdas de combustible capaz de generar por sí solo 170 CV de energía
eléctrica. Para ello cuenta con dos tanques de 700 bares capaces de albergar hasta seis kilos
de hidrógeno, lo que según la marca garantizará una gran autonomía y un reabastecimiento
de este combustible en solo tres o cuatro minutos (véase la Figura 34).
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 61
Figura 34. Plataforma de vehículo FCEV del BMW i-Hydrogen NEXT. Fuente: [34].
Por lo que se ve, el proyecto tiene mucho futuro, es un vehículo cuya tecnología funciona, y
es viable en el día a día. Pero lo más importante no es el vehículo en sí, sino las sinergias que
BMW y Toyota están impulsando desde que empezó esta colaboración en 2013, donde las
dos marcas unieron sus fuerzas para desarrollar conjuntamente un sistema de propulsión que
utilizase tecnología de celdas de combustible de hidrógeno. Desde que se inició esta
colaboración ambas firmas han sellado importantes acuerdos con hasta once compañías
energéticas, de transporte e industria para lanzar una iniciativa global conocida como el
Consejo de Hidrógeno. El objetivo no es otro que forjar una visión unida e impulsar la ambición
a largo plazo de una revolución energética impulsada por el hidrógeno. Actualmente, esta
asociación de distintas empresas ha crecido hasta los 60 miembros.
5.3.2. MAZDA motor Wankel para ReX
Por último, dentro de este apartado de tecnologías nuevas o tipología de motores, y después
de haber comentado el proyecto conjunto de BMW y Toyota que ya ha visto la luz y en un
periodo de 2 años entrará en fase de comercialización, a continuación, se va a comentar una
tipología nueva de vehículo presentada por Mazda, la cual, aunque no confirmada, puede
tener recorrido utilizando el hidrógeno como combustible.
Como bien se conoce en el sector del automóvil, Mazda siempre ha defendido las cualidades
de los motores rotativos, adoptando esta tecnología como suya y haciéndola muy efectiva en
sus vehículos deportivos de tracción trasera. El concepto de este motor es muy diferente al
de pistones convencional, donde se convierte un movimiento lineal alternativo en un
movimiento rotativo, gracias a un mecanismo de biela-cigüeñal. El motor rotativo funciona
mediante un rotor con forma de trocoide que realiza un movimiento circular, con lo cual se
consigue un motor que puede funcionar a grandes revoluciones por minuto, prácticamente no
produce vibraciones y tiene un tamaño muy compacto. Remarcar que un motor de este tipo
equivalente a un gasolina y puede ser de grande como una caja de zapatos.
Pág. 62 Memoria
Una vez en perspectiva de este tipo de motor de combustión, Mazda presentó no hace mucho
su primer vehículo eléctrico, el MX-30, el cual es un SUV que sorprendió debido a que la
marca solo lo ofrecía con una pequeña batería de 35,5 kWh, lo cual le otorga sobre los 200
km de autonomía. Mazda fue algo criticada por la poca autonomía de su vehículo eléctrico,
pero ésta se defendió alegando que una batería más grande produce gran cantidad de
kilogramos de CO2 durante su producción y que en el cómputo total de emisiones de un
vehículo, se asemejaría demasiado a la contaminación que se tiene actualmente en cualquier
vehículo de combustión. Además, la marca también argumentó que el trayecto medio que
realiza una persona para ir al trabajo es de alrededor de 60 km, por lo que dispondría de
autonomía suficiente.
Teniendo todo esto presente, el 17 de abril de este año 2020, Mazda registró una patente en
la cual se puede ver el esquema eléctrico del modelo MX-30. A éste, se le han añadido una
serie de supercondensadores, un pequeño motor rotativo, un gran generador y una especie
de depósito-tanque de combustible. Esto hace pensar que la intención de la marca es la de
crear un vehículo eléctrico de rango extendido además de una nueva tipología de vehículo
híbrido. En lo referente al EV de rango extendido, Mazda utilizaría un motor rotativo Wankel,
que por arquitectura, es de un tamaño muy pequeño, y a régimen constante gira a unas
revoluciones por minuto muy elevadas, cosa que es perfecta para la generación de energía
eléctrica. Como ya se mencionó anteriormente, a la hora de ejercer como extensor de
autonomía, la principal ventaja de un motor rotativo frente a uno convencional es su tamaño
(el Skyactiv-R, así es como Mazda nombra a este motor, ocupará el mismo espacio que dos
cajas de zapatos), siendo esta una tecnología que permitirá a la marca agrandar el abanico
de vehículos electrificados o híbridos de manera sustancial (véase la Figura 35). Además de
esto, la patente indica que en adición al motor rotativo y el pack de baterías, el vehículo cuenta
con supercondensadores. Estos se cargan mucho más rápido que las baterías, y también
entregan la energía de una manera más veloz, lo que permite mejorar el rendimiento general
y en las aceleraciones en particular. Otro punto a favor es que los supercondensadores son
muy ligeros y baratos, por lo que son el complemento ideal para una batería.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 63
Figura 35. Arquitecturas tecnológicas de transición a la electrificación de MAZDA. Fuente: [36].
De esta forma, Mazda presentaría aquí el esquema de sus futuros vehículos híbridos,
teniendo éste una batería de 48 Voltios con una capacidad de 3,5 kWh conectada
directamente a los supercondensadores, los cuales se cargarán con la frenada regenerativa
(véase la Figura 36).
Cuando los supercondensadores alcancen cierto porcentaje de carga, ésta irá a la batería;
cuando estén vacíos, ocurrirá el proceso inverso. En la patente también se puede ver que el
vehículo contará con motores eléctricos integrados en las ruedas delanteras, siendo estos de
pequeño tamaño para solucionar el problema de las masas suspendidas.
Figura 36. Patente arquitectura HEV con motor Wankel de MAZDA. Fuente: [36].
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En un principio, todos los modelos electrificados de la marca que no sean eléctricos puros
emplearán la misma versión del motor Skyactiv-R (si bien cambiará su potencia de salida,
algo que podría lograrse con un turbocompresor). Esto permitirá un importante ahorro de
costes, mientras que el tamaño de las baterías y del depósito de combustible variará
dependiendo de si nos encontramos ante un híbrido, un híbrido enchufable o un eléctrico de
autonomía extendida.
Por último, la marca en ningún momento cita que esta utilización del motor rotativo deba
utilizar gasolina como combustible. Cabe la posibilidad de que Mazda apueste por el
hidrógeno, lo que implicaría una disminución de los gases contaminantes de los vehículos por
completo, sin necesidad de apostar por las pilas de combustible. Cabe recordar que ya sobre
la base del RX-8 del 2005 Mazda realizó en Japón vehículos reconvertidos para utilizar
hidrógeno. Éstos proporcionaban un resultado satisfactorio, y solo se vieron perjudicados
debido a la escasez de hidrogeneras, así que por qué no podría darse la casuística de que el
próximo modelo que utilice motor rotativo de la marca ofrezca esta tecnología de combustible.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 65
6. IMPACTO AMBIENTAL
Una vez se ha situado al vehículo con pila de hidrógeno como la alternativa, hoy en día, a la
tecnología de motores de combustión existente, a la tecnología híbrida, e incluso, a los
vehículos eléctricos de batería, se debería conocer si realmente su impacto sobre el medio
también es menor al de estas arquitecturas de vehículo.
Para ello se deben determinar que gases contaminantes o de efecto invernadero, producidas
por la propia combustión de los motores, se emiten al ambiente. La referencia sería el dióxido
de carbono, principal gas de efecto invernadero y ligado directamente al consumo de
combustible o producción de energía, y un buen punto comparativo entre diferentes vehículos.
Siguiendo este propósito, la manera más contundente de abarcarlo y encontrar una solución
pasa por la realización de un análisis de ciclo de vida del vehículo, es decir, un ACV [36]. Esta
es una herramienta de gestión medioambiental cuya finalidad es analizar de forma objetiva,
metódica, sistemática y científica, el impacto ambiental originado por un proceso/producto
durante su ciclo de vida completo; esto es, de la cuna a la tumba. Se trata de una técnica que
engloba los aspectos medioambientales y los impactos ambientales potenciales a lo largo del
ciclo de vida de un producto, mediante:
• La recopilación de un inventario de las entradas y salidas relevantes del sistema del
producto (producto/proceso en estudio).
• La evaluación de los potenciales impactos medioambientales asociados con las
entradas y salidas identificadas en el inventario.
• La interpretación de los resultados de las fases de análisis de inventario y evaluación
de impacto de acuerdo con los objetivos del estudio.
Pág. 66 Memoria
Para ello, este tipo de análisis comprenden cualquier proceso desde la cuna a la tumba de un
producto determinado, en este caso un vehículo, siendo estos procesos las diferentes etapas
de un ciclo de vida de un bien de consumo (véase la Figura 37).
Figura 37. Procesos comprendidos en un análisis de ciclo de vida de un bien de consumo. Fuente: [36].
Una vez definido en qué consiste un análisis de ciclo de vida, se va a matizar cómo se ha
realizado el que va a proporcionar los resultados que se detallarán a continuación. Como se
mencionó en puntos anteriores, Toyota, junto con su modelo Mirai, es uno de los referentes
del mercado y la marca que más desarrollada tiene actualmente este tipo de tecnología, tanto
para vehículo de pasajeros como vehículo industrial. La propia marca, junto con la
presentación de su coche, presentó un ACV en el cual comparaba este modelo frente a un
vehículo de similares características gasolina e hibrido, ambos de la propia Toyota.
Teniendo presente esta tesitura, y tal como la propia marca cita en el ACV [36], el objetivo del
mismo es: Llevamos a cabo ACVs para todos nuestros vehículos de pasajeros y sus
componentes desde 1997, y se analizan para lograr un mejor desempeño ambiental que sus
predecesores. El resumen de los resultados ha sido publicado de manera transparente para
que cualquier cliente potencial o persona pública puedan verlo.
Ahora publicamos los resultados del Mirai, en comparación con los modelos de referencia
relevantes: Vehículo de gasolina y vehículo de gasolina híbrido. Hasta ahora, los
procedimientos de evaluación se centraban sustancialmente en las condiciones únicas de su
sistema de propulsión, la "celda de combustible" y la fuente de energía "Hidrógeno". También
consideramos los impactos de las fuentes de hidrógeno utilizadas para impulsar el Mirai, así
como la eficiencia de los componentes de la pila de combustible, su constitución de materiales
y procesos de producción.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 67
(Ganancias ambientales de Los vehículos con celdas de combustible, cuya fuente de energía
es el hidrógeno, dependen de cómo se produce y transporta el hidrógeno, y de cómo
efectivamente se convierte. Estamos considerando las múltiples opciones de fuentes de
hidrógeno, desde combustibles fósiles hasta renovables, energía, métodos de transporte, en
el sitio o fuera del sitio.)
Con estos pretextos, la propia Toyota enfocó este ACV de la mejor manera posible,
englobando prácticamente todo. Primeramente, definió las arquitecturas de vehículos, las
cuales se basan en el Mirai y en su berlina de referencia y comparable al Mirai, el Camry
(véase la Tabla 4). Además de esto, los estudios se hicieron considerando un peso de
conductor medio de 68 kg, a los que se le suman 7 kg de equipaje y los depósitos a un 90%
de su capacidad total. También se realizó el estudio según los parámetros de la homologación
tanto con el ciclo Japonés de conducción, así como con el ciclo de homologación europeo
NEDC. Remarcar que este ciclo hoy en día ya no se utiliza, ya que ha sido sustituido por el
WLTC, que es más realista, pero dicho ACV data de 2015, cuando aún estaba en vigor. Las
distancias de cada ciclo son de 100.000 km para el japonés y 150.000 km para el europeo, y
teniendo presente una vida útil de vehículo de 10 años, incluyendo mantenimiento y
reparaciones del mismo.
Tabla 4. Comparativa de las diferentes arquitecturas técnicas de los vehículos contemplados en el ACV. Fuente:
[36].
Una vez definidos los vehículos y las condiciones de éstos para el análisis, el propio estudio
nos detalla la descripción general sobre que se va a tener presente para la realización del
estudio. Se detallan que las salidas del análisis serán los siguientes gases contaminantes:
NOx, SOx, NMHC, también tendrá en cuenta las partículas (PM) y por último, y de manera
más relevante, el gas de efecto invernadero y que potencia en gran medida al calentamiento
global, el CO2.
Pág. 68 Memoria
En cuanto a las fases que contemplará el estudio son 5: Materiales, Producción del
vehículo/componentes, Uso, Mantenimiento y Final de vida.
Remarcar que en las tablas de representación de datos que se mostrarán de aquí en adelante
en el presente trabajo, las diferentes arquitecturas de vehículos se designarán de la siguiente
forma.
• GV: Gasoline Vehicle (vehículo a gasolina)
• HV: Hybrid Vehicle (vehículo a gasolina híbrido)
• MIRAI: Vehículo FCEV
Por tanto, y una vez realizado los cálculos pertinentes, el estudio aflora que, durante la etapa
de uso, la cual es la más conocida por cualquiera, el vehículo con pila de hidrógeno no emite
ningún gas contaminante ni de efecto invernadero. Esto sucede por el tipo de utilización que
hace éste del hidrógeno, siendo agua el único residuo que expulsa por el tubo de escape
(véase la Tabla 5).
Tabla 5. Resultados medición emisiones contaminantes por tipo de vehículo. Fuente: [36].
Una vez visto cómo se comportan los diferentes vehículos durante su etapa de uso, también
se debe tener presente qué impacto en CO2 equivalente tiene cada arquitectura durante su
producción, ya que cuanto más compleja es la tecnología, mayor necesidad de recursos
preciados tiene. Por ese motivo, es muy necesario en un ACV determinar qué impacto tiene
el utilizar un tipo de materiales u otros, así como su construcción y ensamblado (véase la
Figura 38).
Figura 38. Emisiones de CO2 equivalente en la construcción de cada tipo de vehículo. Fuente: [36].
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 69
Tal y como se ve en la tabla anterior, en la parte de la izquierda se toma como referencia el
vehículo a gasolina, que supondría el 100% del material para fabricar el vehículo. Como se
aprecia, cuanto mayor complejidad tiene el vehículo, más cantidad de material es necesario
para su fabricación, llegando a utilizar un 20% más de materiales el vehículo con pila de
hidrógeno en su fabricación. Esto tiene un impacto negativo en lo que se refiere a emisiones
de CO2 indirectas propias de la extracción y fabricación del vehículo, tal y como se muestra
en la tabla de la derecha. Este coste extra de emisiones se debe comprobar si el vehículo lo
compensa en su etapa de uso, dado que no emite ningún gas contaminante o de efecto
invernadero.
Por último, poniendo todos los factores de emisión juntos y realizando el estudio en base a
los kilómetros totales que se han contemplado, haciendo referencia al ciclo de homologación
europeo, los resultados avalan las propiedades del vehículo con pila de combustible de
hidrógeno. Esto es debido a que además de no tener emisiones de partículas, óxidos de
nitrógeno o azufre, tampoco presenta emisiones de hidrocarburos inquemados. Sumado a
esto, las emisiones de dióxido de carbono son muchísimo menores a las otras dos
tecnologías, pese a que su etapa de fabricación y producción de hidrógeno le penalicen.
Remarcar que como se comentó en apartados anteriores, la mayor parte del hidrógeno
producido en la Unión Europea proviene del gas natural, el cual es un combustible fósil, por
lo que no se está haciendo de manera limpia. Si pusiéramos la tesitura de que el hidrógeno
se produjera mediante una fuente de energía renovable, como por ejemplo la electrólisis en
la cual la energía eléctrica necesaria proviniera de paneles solares, las emisiones de dióxido
de carbono indirecta bajarían aún más, tal y como el propio estudio demuestra (véase la
Figura 39).
Figura 39. Resultados emisiones de CO2 durante todo el ciclo de vida. Fuente: [36].
En base a los resultados del estudio puede parecer que realmente un vehículo con pila de
combustible no es tan beneficioso en lo que a emisiones de CO2 se refiere, si éste no es
alimentado con hidrógeno proveniente de energía renovables, ya que solo consigue emitir
menos CO2 equivalente que un vehículo híbrido a gasolina casi al final de su vida.
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Esta afirmación no es del todo exacta, ya que para el estudio se utilizó el ciclo de
homologación NEDC, ciclo muy poco representativo en lo que se refiere a tipología de
conducción, con unas aceleraciones muy reducidas y una velocidad punta baja, así como las
recuperaciones. Con el nuevo ciclo WLTP esto ya no es así, y cualquier vehículo que sin
recibir cambios en su mecánica se han pasado a homologar con este nuevo ciclo, su consumo
ha subido de media un 25-35% respecto a lo homologado con el ciclo NEDC. Se ha hecho
hincapié en este hecho debido a que el CO2 va ligado al consumo de combustible en un motor
de combustión, por lo que realmente la diferencia entre el HV y el Mirai es más elevada aun
de lo que refleja el estudio, y que decir si el hidrógeno se produce de manera limpia, pues esa
diferencia aumentaría considerablemente.
Pasado, presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 71
7. PRESUPUESTO
En lo referente al estudio económico del presente proyecto, se han tenido en cuenta los
siguientes puntos para la valoración económica del mismo (véase la Tabla 6).
En primer lugar, se plasma la dedicación del ingeniero responsable de la elaboración del
documento, tanto por la búsqueda de información, así como de la redacción del propio estudio
de investigación. El coste por hora del ingeniero, el cual es de 40 euros/hora viene designado
por la formación del propio ingeniero, así como por el tipo de proyecto de investigación
elaborado.
Una vez detallado el trabajo realizado por el ingeniero, cabe solo matizar las amortizaciones,
tanto de dispositivos como de programas o herramientas necesarias para el estudio, siendo
éstas:
• Amortización de PC a 5 años de vida útil
• Amortización de software a 1 año por caducidad de licencias
• Amortización del uso de internet, siendo ésta el corte del mes en curso.
Tabla 6. Desglose presupuesto. Fuente: Elaboración propia
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO IMPORTE
Dedicación del ingeniero Horas 360 40 14.400 €
Amortización conexión internet Meses 3 30 90 €
Amortización del equipo Años 0,05 1199 59,95 €
Amortización software Años 0,25 69,9 17,48 €
Pág. 72 Memoria
Por último, y añadiendo el IVA correspondiente, siendo éste del 21%, debido a que no está
sujeto a ningún tipo de IVA reducido (véase la Tabla 7).
TIPO IMPORTE BASE I.V.A.
21 14.567,43 € 14.567,43 € 3.059,16 €
10 0 0 0
4 0 0 0
TOTAL 17.626,59 €
Tabla 7. Desglose del IVA correspondiente y coste final. Fuente: Elaboración propia
El total del proyecto ascendería a: DIECISIETE MIL SEISCIENTOS VEINTISEIS EUROS
CON CINCUENTA Y NUEVE CENTIMOS.
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 73
Conclusiones
A lo largo de todo este Trabajo de Fin de Máster, se observa cómo la industria ha ido
evolucionando una tecnología llamada a ser una de las alternativas más factibles a los
combustibles fósiles, sobre todo, y tal como se vislumbra en las perspectivas futuras, en los
grandes vehículos para el transporte pesado por carretera.
A su vez, la tecnología que se presenta más avanzada, la que utiliza pila de combustible de
hidrógeno, denota unas propiedades muy útiles, pero a su vez una serie de carencias que con
los años no se han podido solventar, siendo éstas las del tamaño, peso y degradación de la
propia pila de combustible. Sumado a esto, y a mi parecer, el mayor lastre de esta tecnología,
es su coste económico, muy superior al de las mecánicas convencionales, dada su increíble
complejidad. Aun realizando estos vehículos en masa, no se ve factible una drástica
disminución del precio de fabricación, el cual es directamente proporcional al precio de venta,
alejando a las marcas de una posible comercialización de vehículos en masa.
Como factor añadido, y también de gran calado, si al final esta tecnología de utilizar el
hidrógeno como combustible quiere abrirse paso en la industria, sería el tema del suministro
para la recarga del hidrógeno. Como se ha podido apreciar, se necesitan programas o
incentivos gubernamentales para impulsar la creación de una gran red de carga, que posibilite
el utilizar estos vehículos para una actividad normal y no solo como pequeñas estrategias de
marketing o investigación de las compañías del sector.
Otro punto a tener en cuenta, y muy ligado a la red de suministro, sería el de la producción
del propio combustible. Se ha mencionado en el presente trabajo, que la mayoría del
hidrógeno que se utiliza proviene del metano, que a su vez es extraído de combustible fósiles,
por lo que se tiene el mismo problema que en la actualidad, debido a que si se está en busca
de un combustible alternativo y limpio, éste no puede provenir de las mismas fuentes que
disponemos hoy en día. Por ello, la generación debe ser sostenible y limpia, de ahí que sea
necesario la creación de una red de suministro que se autoabastezca como se comenta en el
proyecto. Además, este autoabastecimiento debe basarse en la utilización de energía solar o
eólica como fuente de energía eléctrica para la generación de hidrógeno mediante la
electrólisis.
Por tanto, y después de todo lo detallado en el presente documento, utilizar hidrógeno como
combustible alternativo puede ser viable, siempre y cuando marcas y gobiernos promuevan
unos planes de cambio. La sociedad actual demanda que las empresas apuesten por la
sostenibilidad y de ahí, la necesidad de buscar estos combustibles alternativos y respetuosos
con el medioambiente.
Pág. 74 Memoria
Agradecimientos
Quiero agradecer a mi tutor Dr. D. Manuel Moreno Eguílaz, la ayuda recibida después de
los problemas surgidos con las prácticas de empresa debidos el COVID-19, y
concederme la posibilidad de hacer este Trabajo de Fin de Máster bajo su supervisión.
También quiero aprovechar la ocasión para dar las gracias a mis personas más cercanas,
por estar a mi lado y ayudarme a sacar este trabajo adelante.
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 75
Bibliografía
Referencias bibliográficas
[1] Cazorla, J. A. P. (2017, abril 4). Historia del motor de combustión interna. Recuperado
30 de marzo de 2020, de http://www.blogmecanicos.com/2017/04/historia-del-motor-de-
combustion-interna_4.html
[2] Se cumplen 130 años del primer coche del mundo. (2016, enero 19). Recuperado 4 de
abril de 2020, de https://www.abc.es/motor/abci-cumplen-anos-primer-coche-mundo-
1624008238263-20160119161318_galeria.html
[3] Combustión. (2015, diciembre 12). Recuperado 6 de abril de 2020, de
http://glosariofisicayquimica.blogspot.com/2015/12/combustion.html
[4] Unidad didáctica 3: La química del cuerpo humano. (2018, abril 18). Recuperado 6 de
abril de 2020, de https://blogs.ugto.mx/enfermeriaenlinea/unidad-didactica-3-la-quimica-
del-cuerpo-humano/
[5] Procesos de producción de hidrógeno. (s. f.). Recuperado 8 de abril de 2020, de
https://hidrogeno18.wixsite.com/hidrogeno/blank-cjg9
[6] Soluciones de Hidrógeno | Energía Renovable | Siemens Mexico. (s. f.). Recuperado 8
de abril de 2020, de https://new.siemens.com/mx/es/productos/energia/energia-
renovable/soluciones-hidrogeno.html
[7] Hydrogen-Mazda: Saubere Drehorgel. (2010, febrero 5). Recuperado 10 de abril de
2020, de https://www.autogazette.de/politik/hydrogen-mazda-saubere-drehorgel-
78184.html
[8] Pilas de combustible. (s. f.). Recuperado 10 de abril de 2020, de
https://hidrogeno18.wixsite.com/hidrogeno/hidrogeno-pilas-de-combustible
[9] Glon, R. (2014, enero 14). A look at the 1966 Chevrolet Electrovair II concept [Video].
Recuperado 12 de abril de 2020, de https://ranwhenparked.net/2014/01/07/a-look-at-
the-1966-chevrolet-electrovair-ii-concept-video/
[10] Camós, J. (2016, octubre 11). La GM Electrovan no fue el primer vehículo de pila de
combustible, pero esta es su historia. Recuperado 12 de abril de 2020, de
https://www.motorpasion.com/tecnologia/celebremos-50-anos-de-coches-con-pila-de-
combustible-sin-apenas-coches-con-pila-de-combustible
Pág. 76 Memoria
[11] GM Electrovan. (2015, agosto 8). Recuperado 14 de abril de 2020, de
https://www.hydrogencarsnow.com/index.php/gm-electrovan/
[12] Bravo, O. (2019, septiembre 19). Los motores de hidrógeno se hacen presente en el
Auto Show de Frankfurt 2019. Recuperado 12 de abril de 2020, de
https://autosblogmexico.com/autoshows/los-motores-de-hidrogeno-se-hacen-presente-
en-el-auto-show-de-frankfurt-2019-ar2402
[13] P. (2008, abril 29). BMW Hydrogen 7, limpia el aire de partículas. Recuperado 12 de abril
de 2020, de http://cocheslujo.net/berlinas/bmw-hydrogen-7-limpia-el-aire-de-particulas
[14] Hidrógeno: celdas de combustible, motores de hidrógeno. (s. f.). Recuperado 12 de abril
de 2020, de http://www.aficionadosalamecanica.net/motores-hidrogeno.htm
[15] Otero, A. (2019, septiembre 10). El BMW i Hydrogen NEXT abre la puerta a los coches
de hidrógeno en BMW, y el X5 será el primero. Recuperado 12 de abril de 2020, de
https://www.motorpasion.com/bmw/bmw-i-hydrogen-next
[16] Global Website | 75 Years of Toyota | Section 8. Integrating IT and Exploring New Energy
Sources | Item 2. Responding to the Energy Problem. (s. f.). Recuperado 12 de abril de
2020, de https://www.toyota-
global.com/company/history_of_toyota/75years/text/leaping_forward_as_a_global_corp
oration/chapter4/section8/item2.html
[17] Toyota FCHV-adv. (2008, junio 13). Recuperado 12 de abril de 2020, de
https://www.autopista.es/novedades/todas-las-novedades/articulo/toyota-fchv-adv-
42331.htm
[18] Santiago, O. (2018, agosto 16). 3 métodos para el almacenamiento de hidrógeno.
Recuperado 13 de abril de 2020, de http://apilados.com/blog/3-metodos-
almacenamiento-hidrogeno/
[19] Mapa Hidrogeneras. (2019, octubre 17). Recuperado 22 de abril de 2020, de
http://auto.cnh2.es/mapa-hidrogeneras/
[20] La hidrogenera de Ajusa presta servicio al primer autobús de hidrógeno que reposta en
España. (2019, noviembre 14). Recuperado 24 de abril de 2020, de
https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/actualidad/hidrogenera-ajusa-presta-
servicio-primer-autobus-hidrogeno-reposta-espana/20191105172637031266.html
[21] Foro Coches Eléctricos. (s. f.). Recuperado 22 de abril de 2020, de
https://Forococheselectricos.com
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 77
[22] Plan MOVES. Incentivos a la Movilidad Eficiente y Sostenible | IDAE. (s. f.). Recuperado
26 de abril de 2020, de https://www.idae.es/ayudas-y-financiacion/para-movilidad-y-
vehiculos/plan-moves-incentivos-la-movilidad-eficiente-y
[23] JATO Dynamics on. (2020, febrero 19). Recuperado 26 de abril de 2020, de
https://twitter.com/JATO_Dynamics/status/1229946365133893632/photo/1
[24] Sales of zero- and low-emission cars highly unbalanced across EU, alerts auto industry
| ACEA - European Automobile Manufacturers’ Association. (2019, octubre 29).
Recuperado 28 de abril de 2020, de https://www.acea.be/press-releases/article/sales-of-
zero-and-low-emission-cars-highly-unbalanced-across-eu-alerts-auto
[25] International Energy Agency. (2019). AFC TCP 2019 Survey on the Number of Fuel Cell
Vehicles, Hydrogen Refueling Stations and Targets. Recuperado de
https://www.ieafuelcell.com/fileadmin/publications/2019-
04_AFC_TCP_survey_status_FCEV_2018.pdf
[26] InsideEVs. (2013, julio 31). bmw i3 range extender REX 2. Recuperado 2 de mayo de
2020, de https://insideevs.com/photo/3926465/bmw-i3-w-range-extender-vs-chevrolet-
volt/
[27] Pithadia, V. (s. f.). Les sculptures hyperréalistes de Jamie Salmon et Jackie K Seo.
Recuperado 2 de mayo de 2020, de http://biodataofdrvhp.blogspot.com/2017/08/les-
sculptures-hyperrealistes-de-jamie.html
[28] 2016 Toyota Prius Body Structure (TNGA). (2015, diciembre 31). Recuperado 3 de mayo
de 2020, de http://www.boronextrication.com/2015/12/31/2016-toyota-prius-body-
structure-tnga/
[29] Stanford University. (2019, diciembre 18). A new way to generate hydrogen fuel from
seawater. Recuperado 9 de mayo de 2020, de
https://news.stanford.edu/2019/03/18/new-way-generate-hydrogen-fuel-seawater/
[30] Mestre |, J. (2019, mayo 10). La fábrica de Lloseta será la planta de hidrógeno más
importante de Europa. Recuperado 12 de mayo de 2020, de
https://amp.diariodemallorca.es/part-forana/2019/05/08/fabrica-lloseta-sera-planta-
hidrogeno/1415177.html
[31] Howard, B. (2019, octubre 29). Hyundai Makes the Case for Fuel Cell Trucks With
Gorgeous HDC-6 Neptune. Recuperado 14 de mayo de 2020, de
https://www.extremetech.com/extreme/301095-hyundai-makes-the-case-for-fuel-cell-
trucks-with-gorgeous-hdc-6-neptune
Pág. 78 Memoria
[32] Nikola One. (s. f.). Recuperado 16 de mayo de 2020, de https://nikolamotor.com/one
[33] Corporation., T. M. (2020, abril 23). Toyota and Hino to Jointly Develop Heavy-Duty Fuel
Cell Truck | Corporate | Global Newsroom. Recuperado 18 de mayo de 2020, de
https://global.toyota/en/newsroom/corporate/32024083.html
[34] The powertrain for the BMW i Hydrogen NEXT: BMW Group reaffirms its ongoing
commitment to hydrogen fuel cell technology. (s. f.). Recuperado 20 de mayo de 2020,
de https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0306930EN/the-powertrain-
for-the-bmw-i-hydrogen-next:-bmw-group-reaffirms-its-ongoing-commitment-to-
hydrogen-fuel-cell-technology?language=en
[35] Ruffo, G. H. (2020, abril 17). Patents Show Mazda’s Idea For An EV With Reasonable
Range. Recuperado 20 de mayo de 2020, de
https://insideevs.com/news/410355/patents-show-mazdas-idea-ev-reasonable-range/
[36] Toyota Motor Corporation. (2015, junio). The MIRAI Life Cycle Assessment Report.
Recuperado de http://www.gronabilister.se/toyota-mirai-
lca.pdf?cms_fileid=9b81589a2a7ae33e34936c3de80b4c51
Pasado, Presente y futuro del hidrógeno en automoción Pág. 79
Bibliografía complementaria
Amaya, Á. P. (2019, febrero 18). ¿Cómo funciona un motor de hidrógeno? Estos son sus
secretos. Recuperado 31 de marzo de 2020, de https://www.autonocion.com/como-funciona-
el-motor-de-hidrogeno/
BMW i Hidrogen Next, el coche de hidrógeno de BMW. (2020, abril 27). Recuperado 20 de
mayo de 2020, de https://noticias-renting.aldautomotive.es/bmw-i-hidrogen-next-el-coche-de-
hidrogeno-de-bmw/
Cazorla, J. A. P. (2017, abril 4). Historia del motor de combustión interna. Recuperado 30 de
marzo de 2020, de http://www.blogmecanicos.com/2017/04/historia-del-motor-de-
combustion-interna_4.html
Davis, B. (2019, octubre 31). Hyundai HDC-6 Neptune hydrogen fuel cell truck revealed.
Recuperado 14 de mayo de 2020, de https://performancedrive.com.au/hyundai-hdc-6-
neptune-hydrogen-fuel-cell-truck-revealed-3122/
ECo | Hydrogen. (s. f.). Recuperado 9 de mayo de 2020, de
https://hydrogeneurope.eu/project/eco
El hidrógeno: metodologías de producción. (s. f.). Recuperado 2 de abril de 2020, de
http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/hidrogeno_metodologias_de_produccion
El hidrógeno y la energía. (2016, noviembre 22). Recuperado 3 de abril de 2020, de
http://www.rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/el-hidrogeno-y-la-energia
Fuel cells. (2020, marzo 15). Recuperado 2 de abril de 2020, de
https://www.explainthatstuff.com/fuelcells.html#whatare
Glon, R. (2014, enero 14). A look at the 1966 Chevrolet Electrovair II concept [Video].
Recuperado 12 de abril de 2020, de https://ranwhenparked.net/2014/01/07/a-look-at-the-
1966-chevrolet-electrovair-ii-concept-video/
GM Electrovan. (2015, agosto 8). Recuperado 12 de abril de 2020, de
https://www.hydrogencarsnow.com/index.php/gm-electrovan/
Gobierno de España. (2019). Boletín Oficial del Estado. Recuperado de
https://www.boe.es/boe/dias/2019/02/16/pdfs/BOE-A-2019-2148.pdf
KM 77. (2013, septiembre 5). BMW i3 REX (2013-2017) | Precio y ficha técnica - km77.com.
Recuperado 4 de mayo de 2020, de
https://www.km77.com/coches/bmw/i3/2014/estandar/estandar/i3-range-extender/datos
Pág. 80 Memoria
National Renewable Energy Laboratory, & Savannah River National Laboratory. (2009).
Evaluation of Range Estimates for Toyota FCHV‐adv Under Open Road Driving Conditions.
Recuperado de https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f9/toyota_fchv-
adv_range_verification.pdf
Nikola One Hydrogen Electric Semi Hits The Road In Official Film. (2018, enero 26).
Recuperado 16 de mayo de 2020, de https://www.carscoops.com/2018/01/nikola-one-
hydrogen-electric-semi-hits-road-official-film/
Plan MOVES 2020. (2020, Abril 29). Recuperado 2 de abril de 2020, de
https://www.coches.net/noticias/plan-moves-2020
S. (2019, noviembre 12). ¿Cuánto cuesta y cómo se produce el hidrógeno para automoción?
Recuperado 4 de abril de 2020, de https://noticias-renting.aldautomotive.es/produccion-
hidrogeno-automocion/
Santiago, O. (2018, agosto 16). 3 métodos para el almacenamiento de hidrógeno.
Recuperado 13 de abril de 2020, de http://apilados.com/blog/3-metodos-almacenamiento-
hidrogeno/
Toyota Mirai: probamos y medimos el coche de hidrógeno (2016, agosto 30). Toyota Mirai:
probamos y medimos el coche de hidrógeno. Recuperado 4 de mayo de 2020, de
https://www.autopista.es/pruebas-de-coches/articulo/toyota-mirai-hidrogeno-datos-opiniones
Toyota Motor Corporation. (2009). Toyota FCHV-1 emergency response guide. Recuperado
de
https://techinfo.toyota.com/techInfoPortal/staticcontent/en/techinfo/html/prelogin/docs/fchv_a
dv_erg.pdf
