Un auto de hidrógeno, es un vehículo que funciona con un combustible alternativo que es el hidrógeno diatómico, este funciona como su fuente primaria de energía.
Concepto del auto de hidrógeno
Estos autos generalmente utilizan el hidrógeno de alguna de estas dos formas: combustión o conversión de energía con la pila de combustible. Al momento de la combustión, el hidrógeno se quema en un motor de combustión al que uno de gasolina. En la conversión de la pila de combustible, el hidrógeno se oxida y los electrones que despide, se convierte en la corriente eléctrica que circulará por las pilas de combustible, que mueven motores eléctricos. La pila de combustible de hidrógeno trabaja de manera similar a una especie de batería.
El auto de pila de hidrógeno se considera un vehículo cero emisiones; el único residuo del hidrógeno quemado resulta ser vapor de agua, que adicionalmente puede también darle movimiento a una micro-turbina.
Estatus en el mercado
En el mes de enero de 2010, la única marca de automóviles que había obtenido la homologación, para poner en el mercado su auto impulsado por este sistema de hidrógeno, era la japonesa Honda, con el modelo el FCX Clarity, tanto en Japón como en los Estados Unidos. El FCX Clarity empezó a venderse en Estados Unidos en julio de 2008 y en Japón en noviembre de ese año. De momento, la compañía no ha anunciado planes de comercializarlo en Europa, aunque sí se sabe que en el centro de I+D de Honda en Alemania ya trabajan con él.
Hay sistemas de hidrógeno capaces de producir vapor de H2O, esto mediante generadores de varios tipos, los más comunes son conocidos como celdas seca y húmeda, ambos son adaptables a todo tipo de auto. No hay dispositivos de compresión ni almacenamiento. El ahorro de estos sistemas aún no está demostrado ni científicamente ni empíricamente, ya que separar el hidrógeno y oxígeno del agua, gasta mucha más energía de la que se puede utilizar, esto está estipulado en la primera y segunda ley de la termodinámica.
Electrolisis
La electrolisis se define como el proceso inverso y recíproco de la combustión de hidrógeno y oxígeno. Mientras esta combustión genera energía combinando el hidrógeno con el oxígeno para formar agua, la electrolisis proporciona esa misma cantidad de energía para separarlos de nuevo lo que hace que el balance energético llegue a ser 0, esto significa que sí se gasta energía del alternador para producir la electrolisis, y después el H2O obtenido hará combustión en el motor, la energía generada por el motor será equivalente a la que se consumió de él por la electrolisis. Cada uno de los procesos tiene una eficiencia energética bastante inferior al 100%.
El motor produce una eficiencia del 30% aproximadamente, lo que se traduce en que solo el 30% de la energía térmica producida se convierte en energía mecánica, mientras que el otro 70% se disipa en forma de calor, mientras tanto la eficiencia del alternador ronda el 80%. Una buena y eficiente electrolisis llega a rendir hasta 50%, perdiéndose la mitad de la energía invertida. Podemos concluir que se requiere más energía para hacer funcionar la electrolisis que la que se puede aprovechar de la combustión entre el hidrógeno y oxígeno.
Normativa de autos de hidrógeno
Hablando de normativa del hidrógeno en autos hay que empezar diciendo que realmente hay muy poca, se catalogan como autos eléctricos cero emisiones debido a que la energía producida por este elemento, se usa para recargar las baterías del auto eléctrico y hacer que pueda funcionar, sin embargo la recarga de hidrógeno en los tanques del auto y el hecho de que este elemento es muchísimo mas explosivo que la gasolina, ha frenado en gran medida su introducción al mercado, debido al alto peligro que supone un mal manejo de este.
El hidrógeno es el elemento de la tabla periódica con menor densidad, sin embargo su poder calorífico durante la combustión, en situaciones poco beneficiosas para su reacción puede llegar a ser 3 veces mayor que el de la gasolina, haciéndolo un gran combustible, mucho poder y poco espacio de almacenamiento requerido.
El verdadero inconveniente de esto es que no tenemos la tecnología ni la infraestructura necesaria para garantizar al usuario su seguridad ante una recarga de hidrógeno al auto, o por el propio funcionamiento del vehículo, en el momento en que estos 2 aspectos estén garantizados al 100% podremos ver autos a base de hidrógeno circulando en las calles, con todos los beneficios que nos proporciona un auto eléctrico convencional y la mejor parte es que terminando el proceso de combustión lo que expulsa el auto en vez de gases nocivos será simplemente agua.
Se debe trabajar muy fuerte, en legislar las óptimas condiciones para la construcción y funcionamiento de estos sistemas, y así poder ver estos autos a la venta en las agencias, garantizando que sea una buena opción ecológica y económicamente.
Fabricantes de automóviles de hidrógeno
BMW iHydrogen Next
Este nuevo tren motriz de la marca alemana, el BMW iHydrogen Next, funciona con un sistema de pilas de combustible capaces de generar 170 hp de energía eléctrica, esto se sumará al sistema eDrive para lograr una potencia total de 374 hp y una conducción a la altura de lo que se espera de una firma como BMW en cuanto a calidad.
El hidrógeno empleado se almacenará en dos tanques de 700 bares capaces de contener hasta 6kg de hidrógeno, cifra que promete una gran autonomía. Recargar hidrógeno, es un sencillo proceso que no lleva más de tres o cuatro minutos, igual que con el gas comprimido.
BMW probará su nuevo tren motriz, en una serie de autos prototipo basados en el BMW X5. Para el año 2022, la marca prevé que podrá presentar su primer modelo de hidrógeno, aunque no se lanzará al mercado ningún BMW de hidrógeno hasta después del 2025.
Desde el punto de vista ecológico, el hidrógeno podría ser una gran alternativa a la combustión. Si la energía del auto se obtiene mediante la electrolisis del agua, lo que es un proceso limpio, los autos de hidrógeno tendrían un impacto ecológico mínimo, ya que el único residuo que emiten resulta ser vapor de agua. Por otro lado, este método de obtención aún es muy costoso, por lo que el precio de uno de estos autos es elevado.
Audi h-tron quattro
Esta nueva Audi consta de una pila de hidrógeno de quinta generación, puesta en la estructura frontal del auto, es capaz de generar 147 HP, además de contar con una batería de ion litio con un peso de apenas 60 kg que genera hasta 134 HP, potencia que es entregada de forma momentánea cuando pisamos el acelerador a fondo.
Para mover este SUV con sistema de tracción quattro se tienen a disposición dos motores eléctricos, uno en cada eje. El delantero desarrolla 121 HP mientras que el trasero desarrolla 187 HP. Cuenta con un torque total de 405 lb-pie, una aceleración de 0 a 100 km/hr es de menos de 7 s, y logra una velocidad máxima limitada de 200 km/hr.
Teniendo como objetivo principal la eficiencia, por cada kg de hidrógeno consumido podrá avanzar hasta 100 km, además de que si el hidrógeno es suministrado por la planta Audi e- gas, las emisiones globales, desde la producción del compuesto, hasta la utilización del mismo en el auto, podrán llegar a ser prácticamente cero.
Este impresionante auto de hidrógeno, tiene sensores de radar, cámaras de nueva tecnología, escaner láser y sensores ultrasónicos, estos forman parte de la denominada zFAZ, que es una arquitectura central de control con la finalidad de asistir a la conducción tanto en maniobras de estacionamiento como para conducir en tráfico complicado con velocidades de hasta 60 km/hr.
Honda FCX Clarity:
La marca japonesa de vehículos «Honda» asegura que su FCX Clarity es el triple de eficiente, hablando energéticamente, que un auto compacto de la misma marca pero con motor de gasolina, y el doble de eficiente que un auto híbrido enchufable. En cifras totales llega a tener una eficiencia del 60%.
Honda desarrolló una pila de hidrógeno más compacta y ligera de lo que era, esto permite que vaya colocada en el túnel central del auto. Se le llama V Flow. Es una pila con membrana de intercambio de protones o PEMFC, esta puede tener una eficiencia de hasta el 50% y emplea platino para realizar la reacción catalítica. La pila o célula de combustible es precisamente el componente más costoso del sistema.
El hidrógeno se almacena en un tanque a alta presión con 350 bares que se sitúa detrás de los asientos traseros, sobre el eje trasero. Tiene 171 L de capacidad, y almacena 4 kg de hidrógeno. El hidrógeno pasa a la pila de combustible donde reacciona con el oxígeno y se generan la energía eléctrica, dando como residuo de este proceso vapor de agua.
Es por eso que los autos de pila de hidrógeno se consideran cero emisiones, igual que los autos eléctricos. También lleva un paquete de baterías de ion litio instalado bajo los asientos traseros, que sirve como búfer o reserva de energía, esto para evitar una falta de suministro al motor eléctrico cuando demande picos de potencia como en una fuerte aceleración, también para alimentar el climatizador, luces o el estéreo cuando el auto está estacionado, y esta también se utiliza para almacenar la energía regenerada por el freno regenerativo.
El Honda FCX Clarity posee una potencia de 136 hp (100 kW) y 256 Nm de par. Alcanza una velocidad máxima de 160 Km/h y tiene una aceleración de 0 a 100 km/h en 9,7 s. El giro del motor se transmite con una sola relación de cambio hacia las llantas delanteras. Puede arrancar a temperaturas de -30ºC y el hidrógeno almacenado le permite una autonomía de 460 km. El depósito se puede recargar en cuatro o cinco minutos.
Mercedes-Benz GLC de hidrógeno
Esta es una SUV que se postula como el primer auto híbrido enchufable de la marca alemana, combina la motorización eléctrica con la pila de combustible. Combinando energía eléctrica con el motor de hidrógeno obtenemos como resultado una hibridación nunca antes vista en el mercado automotriz, cosa que ha llevado más de dos años de desarrollo y mucha inversión económica a la marca alemana.
El Mercedes-Benz GLC F-Cell es un auto preserie que se anticipa a la versión definitiva, en esta configuración utiliza dos depósitos de 700 bares de fibra de carbono con capacidad para guardar 4,4 kg de hidrógeno, suficientes para recorrer 437 km. El tiempo de recarga en una hidrogenera se es de tres minutos.
Sólo con el sistema eléctrico esta SUV recorre 49 km gracias a sus baterías de ion litio de 13,8 kWh. Estas baterías se recargan al mismo tiempo gracias a la energía producida por el hidrógeno, en movimiento con el frenado regenerativo o conectándola al enchufe. El tiempo de recarga de 0% a 100% es de 1,5 hrs con cargadores on board de 7,2 kW.
Ambas fuentes de energía alimentan un motor eléctrico de 200 hp de potencia (147 kW) y 350 Nm de par, que a través de la gestión inteligente y en función de la eficiencia, determina de dónde tomar la energía suficiente para conseguir el movimiento.
Tiene 4 modos de funcionamiento:
- Hybrid: el sistema toma energía de ambas fuentes de manera combinada.
- F-Cell: su batería de alto voltaje, mantiene nivel de carga constante gracias a la energía eléctrica producida por su motor a base de hidrógeno.
- Battery: este modo mantiene apagado el motor de hidrógeno a menos que la batería se vaya a terminar.
- Charge: este modo busca tener siempre cargada la batería y con esto conseguir la autonomía máxima en el modo eléctrico.
El Toyota Mirai:
El Toyota Mirai es un lujos sedan grande, impulsado por una célula de combustible de hidrógeno, que fue desarrollada por Toyota. Es un auto de venta limitada a países con infraestructura de recarga de hidrógeno. Es la segunda generación de un auto lanzado en 2014, que se ha convertido en el auto a base de hidrógeno más vendido de todos los tiempos. Se fabrica en la planta de Toyota de Motomachi, Japón.
Los autos alimentados por hidrógeno que rivalizan con el Toyota Mirai son el Honda FCX Clarity y el Hyundai Nexo, de un nicho de mercado muy escaso. Actualmente, solo las marcas asiáticas Hyundai, Toyota y Honda, tienen programas serios de desarrollo sobre el hidrógeno como combustible para autos.
El Toyota Mirai almacena 6 kg de hidrógeno a alta presión en tres depósitos, este reacciona con oxígeno en la célula de combustible a bordo, produciendo energía eléctrica, que hace funcionar al motor eléctrico, que propulsa las tracción trasera. Aún no ha sido anunciada su potencia final, pero tendrá las mismas características dinámicas de un auto eléctrico, potencia instantánea y máximo par desde el arranque.
Su autonomía se estima en 500 km y la principal ventaja sobre un auto eléctrico es que la recarga es muy rápida. Su principal desventaja es la escasísima infraestructura de recarga presente en el mundo. En el interior el Toyota Mirai tiene cinco plazas y un diseño muy tecnológico. El salpicadero tiene un aspecto innovador, con un cuadro de instrumentos en el que destaca su instrumentación digital con una pantalla de 12,3 pulgadas para el sistema de infotainment.
Otras
Las otras marcas que han estado trabajando en desarrollar un auto a base de hidrógeno, pero que aún no ven algo concreto y terminado en el mercado son las siguientes:
- Ford: Ford Focus FCV
- General Motors: Hy-wire, HydroGen3
- Hyundai: Hyundai Santa Fe FCEV y Hyundai Nexo
- Mazda: Mazda RX-83
- Nissan: Nissan X-Trail FCV
- Ferrari