¿Cómo funciona un vehículo de hidrógeno?

Aunque el nombre de «pila de combustible» pueda dar la impresión de tratarse de una tecnología de vanguardia bastante hermética para el gran público, el secreto de esta nueva forma de generar energía reside en una reacción química sencilla entre el oxígeno y el hidrógeno. Entonces, ¿cuáles son las características específicas de un vehículo de hidrógeno? ¿Cómo funciona? ¿Cuáles son sus ventajas? Y, más concretamente, ¿cuáles son los posibles usos del coche de hidrógeno?

Los retos del coche eléctrico de hidrógeno

Para empezar, unos cuantos datos de contexto. El término «coche eléctrico de hidrógeno» se refiere a un vehículo que funciona con una fuente de energía específica, el hidrógeno, gracias a un sistema concreto: la pila de combustible. El coche con «pila de combustible de hidrógeno» forma parte dela gran familia de los coches eléctricos. De hecho, su tracción está garantizada por un sistema de propulsión eléctrico.

En el caso de un vehículo eléctrico con batería de iones de litio, la energía eléctrica se almacena en la batería cada vez que se recarga en la red eléctrica. En cambio, en el vehículo de hidrógeno, la electricidad necesaria para el funcionamiento del sistema de propulsión proviene tanto de la batería como de la pila de combustible, a partir del hidrógeno almacenado a bordo. La mayoría de los vehículos de hidrógeno que ofrecen actualmente los fabricantes de automóviles se basan en este principio.

El coche de hidrógeno compartecon el coche 100 % eléctrico el objetivo de circular con un bajo impacto de carbono. Sin embargo, aún quedan muchos retos por superar para reducir al máximo el impacto medioambiental de la producción de hidrógeno. En la actualidad, el método de extracción de esta molécula se basa en el reformado de compuestos orgánicos carbonados. En este caso, se habla de dihidrógeno «gris», ya que se obtiene mediante un proceso de extracción de combustibles fósiles.
Pero existe otra forma de obtener hidrógeno: mediante la electrólisis del agua. Si la electricidad necesaria para esta electrólisis procede de una fuente de energía sostenible, como la energía fotovoltaica o la eólica, es posible producir hidrógeno «verde». Este método de extracción representa una solución de futuro.

El funcionamiento de un coche eléctrico de hidrógeno gracias a la pila de combustible

¿Cómo funciona concretamente un vehículo con pila de combustible de hidrógeno? Su energía eléctrica la proporciona una pila de combustible. El hidrógeno se almacena a presión en depósitos específicos a bordo del vehículo. Este gas (H₂), junto con el oxígeno (O₂) del aire ambiente, alimenta la pila de combustible. Estos dos gases sufren una reacción electroquímica en el interior de la pila. Esta reacción produce electricidad, calor y vapor de agua (H2O), que se escapa en forma de un chorro de agua por un tubo de escape situado debajo del vehículo.

La energía así generada, junto con la energía de la batería, alimentael motor eléctrico del coche. De este modo, el vehículo se desplaza en silencio y sin emitir gases contaminantes ni CO₂. El vehículo puede recargarse con hidrógeno en estaciones específicas, gracias a bombas capaces de inyectar hidrógeno muy rápidamente (5 minutos), en forma de gas a presión, en el interior del depósito.

El consumo de un vehículo de pila de combustible de hidrógeno

Hay que tener en cuenta que el átomo de hidrógeno, que forma la molécula de dihidrógeno (H₂), es uno de los elementos naturales más simples y ligeros de la tabla periódica (es decir, de la clasificación que recoge todos los elementos químicos presentes en la Tierra). Su densidad volumétrica es muy baja. Por lo tanto, para obtener la cantidad de hidrógeno necesaria para el buen funcionamiento de un vehículo, es necesario almacenarlo en grandes cantidades, a altas presiones, en depósitos de gran capacidad.

El coche eléctrico de hidrógeno según Renault Group

Para Renault Group, un coche eléctrico con pila de combustible de hidrógeno es un vehículo eléctrico que combina bajo un mismo capó una batería de iones de litio y una pila de combustible. Al apostar por la complementariedad, Renault combina lo mejor de ambos mundos.

En esta configuración típica, el motor eléctrico se alimenta mediante la batería de iones de litio. Por su parte, la pila de combustible constituye una reserva de energía adicional que permite ampliar la autonomía del vehículo, lo que se traduce en una mayor autonomía y un menor tiempo de recarga.

Las ventajas del coche de hidrógeno

A bordo de su vehículo de hidrógeno, el conductor disfruta, ante todo, de una autonomía prácticamente duplicada. La electricidad generada por la pila de combustible gracias al almacenamiento de hidrógeno se suma a la capacidad de almacenamiento de la batería principal. En este sentido, el sistema de hidrógeno puede considerarse un «prolongador de autonomía».
La guinda del pastel: la rapidez de recarga. Además de la recarga eléctrica de la red, bastan unos minutos (5 minutos como máximo) para «llenar el depósito» de hidrógeno con el fin de alimentar la pila de combustible y prolongar así la autonomía al instante.
Y estas no son las únicas ventajas: el vehículo de hidrógeno conserva todas las ventajas relacionadas con el uso de un coche eléctrico, empezando por el silencio de funcionamiento, el placer de conducción y el acceso a las zonas de tráfico restringido de algunos centros urbanos.

El repostaje de un vehículo de hidrógeno

¿Cómo funciona, en la práctica, la recarga de un coche eléctrico de hidrógeno? La respuesta varía según el fabricante. En la solución estudiada por Renault Group, el vehículo ofrece dos opciones para reponer sus reservas de energía. En primer lugar, la recarga en una estación eléctrica «convencional» para alimentar la batería de iones de litio (una recarga facilitada por el gran número de estaciones disponibles). En segundo lugar, la recarga en una estación de hidrógeno para llenar los depósitos de gas en pocos minutos, si es necesario prolongar el trayecto.

El almacenamiento de hidrógeno

Aunque el término «coche de pila de combustible» aún no se haya incorporado del todo al lenguaje cotidiano, no debe dar a entender que se trate de una tecnología peligrosa. Por supuesto, el hidrógeno, sometido a alta presión en el depósito, es un elemento inflamable y volátil, pero esto es así con cualquier combustible. En caso de sobrecalentamiento o de avería de la pila, el hidrógeno se dispersa y se despresuriza en menos de un minuto.

Desde hace más de veinte años, las tecnologías que utilizan el dihidrógeno han sido probadas y aprobadas en numerosas ocasiones en condiciones a menudo extremas (ingeniería espacial, submarinos, maquinaria de construcción).

El Renault Group también está trabajando en sistemas de propulsión eléctricos de doble energía (batería recargable y pila de combustible de hidrógeno), en particular con su marca Renault y elprototipo Emblème.

Cabe mencionar también los trabajos de Alpine en el ámbito del hidrógeno, con los prototipos Alpenglow Hy4 y Hy6presentadosen 2024. 

Coche de hidrógeno o coche eléctrico con batería de iones de litio: comparación

Estas tecnologías parecen diametralmente opuestas, pero constituyen dos opciones de movilidad complementarias.Hidrógeno o coche eléctrico: esta cuestión depende, ante todo, del uso y del tipo de vehículo. En un vehículo comercial ligero, con una gran capacidad de carga, el hidrógeno resulta especialmente adecuado. Aunque el depósito que lo contiene es voluminoso, su peso sigue siendo razonable. El hidrógeno se adapta especialmente a usos intensivos en circuito cerrado, con un punto de recarga bien identificado y fácilmente accesible durante una ruta, o incluso dentro de las propias instalaciones de la empresa.
Los vehículos eléctricos equipados únicamente con baterías de iones de litio, por su parte, se dirigen a todo tipo de usos y públicos, desde los trayectos cortos en ciudad hasta las grandes vías. Pero cuando la batería se agota, la única solución es recargarla en la red eléctrica. La velocidad de carga es menor que en el caso del hidrógeno, pero hay más puntos de recarga, tanto en lugares privados como en la vía pública. Es fácil aprovechar el estacionamiento del vehículo para recargarlo.
Se trata, por tanto, de dos tecnologías complementarias en sus usos, que tienen como objetivo común proporcionar una movilidad sostenible.

Vehículos de hidrógeno: ¿qué grado de implantación tienen en Europa y en Francia?

En 2020, las nuevas matriculaciones de vehículos con pila de combustible de hidrógeno se concentran principalmente en Alemania, seguida de los Países Bajos y Francia**. Las estaciones de recarga de hidrógeno se están implantando progresivamente en Europa. En Francia, en 2023, hay 23 estaciones en funcionamiento, con un objetivo de 900 para 2030. En Alemania, hay 109 en fase de instalación y se prevé llegar a 300 en 2030, mientras que en España hay 3 y se prevé llegar a 150 en 2030. Los Países Bajos contarán en 2023 con 12 estaciones en funcionamiento, con el objetivo de alcanzar las 150 en 2025. La llegada de los primeros coches eléctricos de hidrógeno de serie, incluidos los vehículos profesionales que, por el momento, se recargan principalmente en sus propias empresas, podría acelerar el desarrollo de estas infraestructuras y contribuir al crecimiento de la tecnología del hidrógeno.

*WLTP: Worldwide Harmonized LightVehicles Test Procedures. El ciclo WLTP normalizado se compone de un 57 % de trayectos urbanos, un 25 % de trayectos periurbanos y un 18 % de trayectos en autopista. Los valores de autonomía indicados se basan en el estudio del protocolo WLTP. Pueden variar en función de las condiciones reales de uso y de diversos factores, tales como: la velocidad, el confort térmico a bordo del vehículo, el estilo de conducción y la temperatura exterior. 

** Cifras del tercer trimestre de 2020 publicadas por la ACEA, Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles

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