Automóviles impulsados ​​por hidrógeno: Explicación de los vehículos eléctricos de celda de combustible

Los autos eléctricos e híbridos están ganando popularidad, en parte porque ayudan a reducir la cantidad de emisiones de carbono que se liberan a la atmósfera. Pero no son la única opción para una conducción más respetuosa con el medio ambiente. Los autos eléctricos con celdas de combustible de hidrógeno suenan como algo salido de la ciencia ficción, pero estos vehículos han existido por más tiempo de lo que piensas. Si está interesado en otra alternativa al motor de combustión, así es como funcionan.

Cómo funciona una celda de combustible de hidrógeno

Los vehículos de hidrógeno son un tipo de automóvil eléctrico que utiliza celdas de combustible para alimentar el motor en lugar de depender principalmente de un paquete de baterías de iones de litio; no queman combustible como los coches de gasolina. Al igual que con los vehículos eléctricos, los automóviles de hidrógeno no generan emisiones nocivas: el único subproducto es el vapor de agua. Dado que son EV, también los escuchará llamar vehículos eléctricos de celda de combustible (FCEV).

Las celdas de combustible tienen un diseño similar a una batería de iones de litio: tienen un ánodo, un cátodo y un catalizador que desencadena la separación de electrones y protones del gas hidrógeno bombeado en su interior. Al igual que las celdas de iones de litio en una batería EV, los automóviles de hidrógeno tienen múltiples celdas de combustible que funcionan a la vez para generar electricidad. Esa colección de celdas se llama pila de celdas de combustible de hidrógeno.

El hidrógeno de los tanques de combustible a bordo del automóvil se combina con el oxígeno dentro de la pila de celdas de combustible para generar electricidad a través de un proceso llamado electrólisis inversa. Los electrones se eliminan del gas de hidrógeno, se envían a través del circuito para alimentar el motor y se combinan con oxígeno en el otro lado del circuito para formar vapor de agua, que se ventila a través del escape del automóvil.

coche de hidrógeno

El tanque de hidrógeno, la batería y el motor eléctrico trabajan juntos para alimentar el FCEV. (Imagen: BMW)

La electricidad que se genera a partir de las pilas de combustible de hidrógeno puede tomar dos caminos(Se abre en una nueva ventana), dependiendo de la situación. La energía alimenta el motor eléctrico directamente o carga una pequeña batería de iones de litio que ayuda a alimentar el motor y puede almacenar la energía para su uso posterior. Esta batería también captura la energía del sistema de frenado regenerativo del vehículo para su uso posterior y almacena el exceso de energía de la pila de celdas de combustible durante la conducción con poca energía. Si se exige más al motor, la batería se activa para ayudar.

Repostaje y Autonomía

toyota mirai

El vehículo de celda de combustible Toyota Mirai tiene un alcance estimado de 402 millas (Foto: Toyota)

Reabastecer los tanques de hidrógeno de un FCEV es casi tan rápido como llenar un automóvil de gasolina, una gran ventaja que los automóviles de hidrógeno tienen sobre los vehículos eléctricos de batería. Simplemente se detiene en la estación de servicio, conecta la manguera y el tanque está lleno en unos cinco minutos.

Un FCEV puede tener múltiples tanques de gas hidrógeno a bordo. Dado que el hidrógeno puede ser altamente inflamable(Se abre en una ventana nueva) si se manejan incorrectamente, esos tanques de combustible tienen paredes gruesas, están presurizados y probados para garantizar la seguridad en caso de colisión. Los dispositivos de seguridad también están integrados en el vehículo que aseguran que el hidrógeno se disperse y se libere si, por ejemplo, la celda de combustible se retira o se sobrecalienta.

Otra ventaja que tienen los coches de hidrógeno sobre los vehículos eléctricos de batería en el momento de escribir este artículo es su mayor autonomía. Los FCEV pueden recorrer entre 300 y 400 millas antes de que necesiten ser reabastecidos, según California’s Iniciativa Drive Clean(Se abre en una nueva ventana). Los EV de batería, por otro lado, tienen un rango de EV promedio de alrededor de 250 millas (Se abre en una nueva ventana) en el momento de escribir este artículo.

Los desafíos de los vehículos de pila de combustible

verdadera estación de hidrógeno cero

Estación de servicio de hidrógeno True Zero (Foto: True Zero)

Reabastecimiento de combustible rápido, energía eléctrica y el único subproducto es el agua: suena como el vehículo ecológico perfecto, ¿verdad? Bueno, podría serlo, pero a diferencia de los vehículos eléctricos, los FCEV todavía no existen.

Para empezar, aunque tienen una autonomía mayor que los EV, los FCEV son más caros de repostar, en parte porque el hidrógeno es muy caro de producir. Puede que sea el elemento más abundante en el planeta, pero refinarlo en una forma que pueda impulsar un vehículo requiere esfuerzo, y ese esfuerzo se refleja en el costo por tanque.

La infraestructura de reabastecimiento de combustible de FCEV también es muy deficiente en este momento. Existen menos de 400(Se abre en una nueva ventana) Estaciones de servicio de FCEV en todo el mundo, aunque hay esfuerzos para construir más estaciones; EE. UU. pretende tener 1000 en línea para 2030. Aún así, son muchas menos estaciones de servicio de hidrógeno que puertos de carga de vehículos eléctricos, que sumaban alrededor de 110,000 en los EE. UU. (Se abre en una nueva ventana) a partir de septiembre de 2021.

Otro desafío que enfrentan los FCEV es que, si bien pueden funcionar sin emisiones, las plantas que crean su combustible de hidrógeno a menudo lo hacen quemando combustibles fósiles en un proceso llamado reformado con vapor(Se abre en una nueva ventana). Si eso continúa, los FCEV no harán tanto por el medio ambiente como podrían, y en realidad no pueden llamarse vehículos de cero emisiones.

Procesos alternativos (Se abre en una nueva ventana) que se están explorando incluyen la electrólisis del agua, que utiliza una fuente renovable como la solar para generar electricidad que se puede utilizar para separar el hidrógeno del agua.

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FCEV frente a EV

Mustang mach-e

El Mustang Mach-E de Ford, un ejemplo de coche eléctrico a batería (Foto: Ford)

Los vehículos de hidrógeno tienen mucho en común con los automóviles que funcionan con baterías, como el Ford Mustang Mach-E (arriba) y el Tesla Model 3. Tanto los vehículos eléctricos con batería como los FCEV usan electricidad en lugar de combustible, ambos tienen motores eléctricos y baterías a bordo. y ninguno emite gases nocivos. Las diferencias se reducen a la infraestructura, el combustible y la disponibilidad.

Los vehículos eléctricos de batería tienen una infraestructura más robusta para la recarga pública que los vehículos de hidrógeno. Si bien aún no es tan frecuente como las estaciones de servicio, ahora hay miles de lugares de recarga de vehículos eléctricos en los EE. UU. Mientras tanto, todas las estaciones de servicio de hidrógeno en los EE. UU. están ubicadas en California(Se abre en una ventana nueva)por lo que los viajes largos por carretera están fuera de discusión.

También vale la pena considerar el costo del reabastecimiento de combustible. Dado que actualmente es más costoso producir gas hidrógeno para los FCEV, llenar su FCEV es más costoso que para un automóvil eléctrico. Sin embargo, un vehículo de hidrógeno puede recargarse mucho más rápido que un EV y puede almacenar el exceso de energía eléctrica en su batería, lo que le permite recargarse mientras conduce. Los vehículos eléctricos de batería, por el contrario, deben conectarse a la red para recuperar la mayor parte de su energía.

hyundai nexo

El vehículo eléctrico de pila de combustible Hyundai Nexo está en el mercado desde 2019. (Foto: Hyundai)

Por supuesto, el mayor problema es que los FCEV aún no están ampliamente disponibles en los EE. UU. Solo unos pocos fabricantes los venden al público; Toyota Mirai y Hyundai Nexo son los nombres más frecuentes en la carrera actualmente.

A pesar de las limitaciones del hidrógeno, los países de todo el mundo lo ven como una fuente de energía alternativa viable para todo, desde automóviles y autobuses hasta aviones(Se abre en una ventana nueva). Si podemos encontrar una forma rentable de hacer que la producción de hidrógeno sea más respetuosa con el medio ambiente y construir la infraestructura de reabastecimiento de combustible necesaria, los FCEV podrían significar un gran avance para el transporte ecológico.

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