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Automóviles de hidrógeno: cómo funcionan y qué esperar

En los últimos meses, los anuncios de proyectos de inversión de hidrógeno: involucran varias áreas, incluida la sector transporte. Varios fabricantes de automóviles apuestan por el hidrógeno y han decidido invertir recursos en el desarrollo de estos modelos de automóviles; tiempo otros, en cambio, lo consideran uno tecnología en la que no vale la pena invertir. Sin embargo, en lo que respecta al hidrógeno, hay un tema muy amplio que debe analizarse desde varios puntos de vista.



¿Cómo se obtiene el hidrógeno?

lael hidrógeno es el elemento químico mas abundante en la tierra, pero, a pesar de esto, es casi totalmente ausente como elemento puro, Es de hecho siempre asociado a otros elementos para formar diversas sustancias: por ejemplo, en el agua se une con el oxígeno, o en los hidrocarburos se encuentra unido al carbono. Debido a este hecho, para obtener hidrógeno puro es necesario emplear varios procesos para separar el hidrógeno de los demás elementos: según el proceso utilizado y la sustancia de la que se separa, el hidrógeno toma diferentes nombres.

cuando se obtiene hidrógeno de combustibles fósiles, sin capturar dióxido de carbono emitido durante el proceso, se llama negro si se obtiene del gasificación del carbone u otras personas hidrocarburos e gris si se obtiene de reformado de metano. Si usa el mismos procesos pero se captura dióxido de carbono de alguna manera, elel hidrógeno se conoce como azul: en este caso, las emisiones de dióxido de carbono se reducen en un 90%.

El hidrógeno también se puede obtener mediante un proceso de hidrólisis de agua, en el que se utiliza corriente eléctrica para separar el hidrógeno del oxígeno; si la electricidad utilizada es producida por fuentes completamente renovables, como energía solar y eólica, lahidrógeno él ha llamado verde, mientras que si la electricidad se produce a través de plantas de energía nuclear, 'Shidrógeno Se dice violeta. En ambos casos, las emisiones de dióxido de carbono son nulas.



Actualmente la mayor parte del hidrógeno se obtiene del metano sin captura de dióxido de carbono: esto se debe al hecho de que hidrógeno adquirido a través de la electrólisis es 3/4 veces más caro hidrógeno obtenido del reformado de metano.

Almacenamiento y transporte de hidrógeno

Hidrógeno, así como la electricidad, constituye un vector de energía e no es una fuente primaria de energía, como pueden ser los combustibles fósiles o el sol. Una gran ventaja del hidrógeno sobre la electricidad es que se puede almacenar en grandes cantidades con mayor facilidad. De hecho, mientras que la densidad de energía de las baterías de iones de litio, comúnmente utilizadas en los coches eléctricos, es de aproximadamente 0.3 kWh / kg o 0.6 kWh / litro, el hidrógeno tiene una densidad de energía de 40 kWh / kg, incluso más alto que el de gasolina y diesel igual a 13 kWh / kg o 10 kWh / litro.

Sin embargo, incluso la acumulación de energía utilizando hidrógeno no está exenta de problemas: de hecho, el densidad del hidrógeno a presión atmosférica ya temperatura ambiente ronda los 0.09 g / litro, lo que corresponde a una densidad energética de 0.0036 kWh / litro. Mientras que el hidrógeno comprimido a 350 bar, como en el interior de los tanques de los camiones, alcanza una densidad energética de 0.9 kWh / litro. El hidrógeno comprimido a 700 bar, como en los tanques de los automóviles, alcanza una densidad energética de 1.4 kWh / litro; además, si el hidrógeno se licua, alcanza una densidad energética de 2.8 kWh / litro. Por esta razón, el hidrógeno debe licuarse o comprimirse para ser almacenado.


Con licuar hidrógeno necesitas traerlo a temperatura de -253 ° C, esto puede tomar un consumo de energía equivalente al 40% del contenido energético de la sustancia; además, se requieren tanques capaces de aislar térmicamente el hidrógeno. Para comprimirlo a altas presiones en su lugar, nunca consume más del 5% de su contenido energético; por esta razón el almacenamiento de hidrógeno en estado gaseoso es el método más utilizado. El problema del almacenamiento en estado gaseoso es la necesidad de utilizar tanques capaces de soportar altas presiones, que pueden pesar hasta 10 veces el hidrógeno que contienen.


Il La gran desventaja del hidrógeno en comparación con la corriente eléctrica está relacionada con el transporte.: de hecho, mientras transportar electricidad es muy simple dado que existe una red ya desarrollada, el transporte de hidrógeno requeriría una red de tuberías dedicada que actualmente está ausente. Por lo tanto, por ahora, el hidrógeno se puede transportar comprimido o licuado en camiones o trenes especiales, o se puede transportar mezclado con metano, sin embargo requiriendo sistemas de separación para los dos gases a la salida del ducto.

Coche de hidrógeno

lase puede usar hidrógeno como fuente de energia mover autos de dos maneras: como combustible para alimentar un motor de combustión interna, o para producir electricidad en una pila de combustible.

El hidrógeno se puede utilizar como combustible en motores de combustión interna, usando el ciclo Otto, el mismo que se utiliza para los motores de gasolina: en comparación con los de gasolina el hidrógeno permite mayores eficiencias en todas las condiciones, en particular, la mejora es más significativa en cargas bajas, donde los motores de gasolina consumen más que el diésel. Además, el uso de hidrógeno permite eliminar casi por completo las emisiones de material particulado e hidrocarburos no quemados; Pueden producirse emisiones nocivas debido a la combustión parcial de las gotitas de aceite. Utilizando hidrógeno, se sigue produciendo una cantidad nada despreciable de NOx, aunque menor que en los motores de gasolina.


Toyota está trabajando en el uso de hidrógeno en motores de combustión interna. sin embargo, elel uso de hidrógeno en automóviles como combustible no es ideal, ya que mientras los valores máximos de eficiencia obtenidos con motores de combustión interna no superan el 35%, las pilas de combustible que utilizan hidrógeno no baje a valores de eficiencia por debajo del 40%. Por este motivo, los coches de hidrógeno actualmente en el mercado son coches de pila de combustible.


El funcionamiento de estos coches se basa en la pila de combustible: en una pila se produce el Proceso de electrólisis inversa, en el que el hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua, electricidad y calor.. Mientras se extrae el hidrógeno del tanque, el oxígeno debe extraerse del aire. Por esta razón el aire que va a reaccionar debe ser filtrado para eliminar partículas sólidas, que pueden comprometer el correcto funcionamiento de la batería.

El agua producida se expulsa en forma de vapor de agua, mientras que la energía producida se utiliza para impulsar los motores eléctricos que ponen en movimiento las ruedas: los rendimientos de las pilas de combustible son de alrededor del 50%, pero en el futuro, con la mejora de las tecnologías, podrían alcanzar valores de hasta el 60%

En los coches de pila de combustible de hidrógeno, es también hay una pequeña batería, alrededor de 2 kWh, que te permite regenerar energía durante el frenado. La energía almacenada se utiliza en combinación con la producida por la pila de combustible para que el funcionamiento de la pila sea lo más eficiente posible. Generalmente esto es más eficiente si funciona constantemente, por lo que la batería aporta energía especialmente en las situaciones más exigentes como son las aceleraciones intensas.

FCEV frente a BEV

Le Los coches de pila de combustible son, a todos los efectos, coches eléctricos. con varias ventajas y algunas desventajas en comparación con los coches eléctricos a batería: una primera ventaja de las pilas de combustible para automóviles en comparación con los que funcionan con baterías consiste en el menor peso, esto tiene un impacto positivo tanto en las habilidades dinámicas como en la autonomía.

La gama de los coches de pila de combustible es generalmente más alta que la de los coches de batería.: los coches de pila de combustible recorren en promedio unos 100 km / kg y teniendo en cuenta que los modelos actualmente en el mercado tienen un depósito capaz de acumular 5/6 kg de hidrógeno, por tanto, se obtienen rangos de 500/600 km, aunque valores superiores Podría obtenerse. Autonomías de este tipo aún no están al alcance de los coches a batería.

Otra gran ventaja de los coches FCEV en comparación con los BEV es definitivamente el tiempo de repostaje; de hecho, la El proceso de repostaje de un automóvil de hidrógeno es muy similar al de un automóvil de metano o glp, y normalmente requiere no más de 5 minutos. Los tiempos podrían aumentar en el caso de que se hayan realizado muchos repostajes consecutivos en la misma estación de repostaje.

Sin embargo, el desventaja de la pila de combustible automática en comparación con los autos que funcionan con baterías y ausencia, especialmente en Italia, de una red de estaciones de servicio: de hecho, en este momento solo hay una estación de referencia cerca de Bolzano donde el El coste del repostaje es de 13/14 euros / kg.. El precio del repostaje de hidrógeno constituye una segunda desventaja de este tipo de coche frente a los de batería; por lo tanto, el costo de recarga es decididamente más bajo y se suma al mayor costo de comprar autos con celda de combustible en comparación con los que funcionan con baterías.

De hecho, los modelos de coches eléctricos de pila de combustible actualmente en el mercado, como el Toyota Mirai o el Hyundai Nexo, rondan los 70.000 €, valores superiores a los de los coches eléctricos a batería del mismo segmento. Es más, los costes de mantenimiento de los coches de pila de combustible podrían ser superiores al equivalente de los coches eléctricos de batería, debido a la mayor complejidad debido a la presencia de la pila de combustible.

¿Son seguros los coches de hidrógeno?

lahidrógeno, a pesar de ser un gas altamente inflamable, se considera seguro, porque para explotar es necesario que llega una alta concentración en el aire. Es muy poco probable que esto suceda: en caso de un derrame, el hidrógeno es menos denso que el aire, 0.09 g / litro versus 1.2 g / litro a presión atmosférica, tiende a subir inmediatamente a la superficie y luego a dispersarse rápidamente. Por este motivo, es posible aparcar los coches de hidrógeno en interiores sin problemas como ocurre con los coches de metano.

Además, el tanques en el que el hidrógeno se almacena a altas presiones, Están probados para resistir golpes y accidentes y evitar cualquier fuga de hidrógeno.; el Hyundai Nexo, por ejemplo, lo consiguió 5 estrellas en pruebas de choque Euro NCAP.

¿Qué esperar en los próximos años?

lauso de hidrógeno sembra destinado a aumentar en los próximos años, especialmente en aquellos sectores del transporte que requieran recargas rápidas y alta autonomía, como el transporte público; También se espera un aumento en la red de estaciones de servicio. hidrógeno.

Sin embargo, sigue siendo un gran escepticismo con respecto a la eficiencia energética del hidrógeno: de hecho, aunque eluso de hidrógeno La pila de combustible azul o verde para alimentar coches eléctricos permite una reducción de las emisiones de dióxido de carbono, utilizando directamente la electricidad renovable producida para recargar los coches eléctricos con baterías es mucho más eficiente. En contraste, el Fabricar un automóvil a batería requiere mucha más energía que uno de celda de combustible..

También se puede plantear la hipótesis de que en el futuro el hidrógeno producido a partir de fuentes renovables se utilizará como base para producir combustibles sintéticos, también conocidos como e-combustibles, capaces de alimentar motores de combustión interna, sin impacto en las emisiones de dióxido de carbono.

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