sábado, febrero 4, 2023

¿Celdas de combustible o baterías eléctricas para vehículos?

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La preocupación mundial sobre el cambio climático, el agotamiento de los combustibles fósiles y la contaminación del aire demandan que el transporte vehicular sea sostenible. Las opciones existentes como vehículos alimentados con gasolina, diésel y gas natural, están siendo reemplazados por alternativas más limpias tales como biocombustibles, vehículos eléctricos híbridos, híbridos enchufables, vehículos eléctricos a batería y vehículos que funcionan con pilas de combustible de hidrógeno.

Sin embargo, los vehículos impulsados por baterías y celdas de combustible están emergiendo y actualmente son el foco de una batalla por el dominio del mercado futuro. Si queremos lograr reducciones de gases de efecto invernadero, los vehículos totalmente eléctricos alimentados por baterías (BEV) o celdas de combustible de hidrógeno (HFCV) son determinantes.

La mayoría de los fabricantes de automóviles actualmente buscan tanto BEV como HFCV, los defensores de BEV incluyen a Tesla, BMW, GM y Renault-Nissan-Mitsubishi mientras que los defensores de HFCV incluyen a Toyota, Honda y Hyundai. Los argumentos típicos a favor de los BEV son la presencia de una infraestructura de reabastecimiento en forma de red eléctrica, consideraciones de eficiencia energética y posibilidades de ampliar el alcance.

Los argumentos a favor del HFCV son la autonomía, la adaptabilidad, autonomía y su aplicabilidad para vehículos más pesados que demanden mayor potencia.

En la actualidad, los BEV parecen tener una ventaja inicial debido a la creciente difusión de los híbridos enchufables, los usuarios tienden a estar más acostumbrados a utilizar vehículos eléctricos.

Sumando a ello un nuevo estudio publicado en la revista Nature Electronics señala bajo el título: «Es poco probable que la tecnología del hidrógeno desempeñe un papel importante sostenible en el transporte por carretera», el estudio utiliza datos para mostrar que es poco probable que los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno alcancen a los vehículos eléctricos con batería, en consecuencia, los BEV serían los que predominen en un futuro próximo.

Adicionalmente, el ciclo de energía completo de los HFCV es mucho menos eficiente (tres veces menos eficiente, como se muestra en el gráfico a continuación), la infraestructura parece ser el principal problema.

Ya en el 2006, Ulf Bosel, un experto en celdas de combustible publicó en PhysOrg.com un estudio comparativo de los BEV y HFCV desde su generación y explica que una economía basada en hidrógeno es una economía ineficiente.

La gran cantidad de energía necesaria para aislar el hidrógeno de los compuestos naturales (agua, gas natural, biomasa), empaquetar el gas liviano por compresión o licuefacción, transferir el portador de energía al usuario, más la energía pérdida cuando se convierte en electricidad útil con las pilas de combustible, deja alrededor del 25 % para uso práctico, un valor inaceptable para hacer funcionar una economía en un futuro sostenible.

Solo aplicaciones de puntuales como submarinos, minería y naves espaciales podrían usar hidrógeno.

¿Celdas de combustible o baterías eléctricas para vehículos? - Grafico 01

Además, Bossel descubrió que la eficiencia entre la entrada y la salida no puede ser muy superior al 30 %, mientras que las baterías avanzadas tienen una eficiencia de ciclo superior al 80 %. Por otro lado, hay que tomar en cuenta que el hidrógeno no se produce de forma natural, sino que debe sintetizarse.

Si bien es cierto que tanto los BEV como los HFCV tienen problemas de infraestructura, los BEV tienen la gran ventaja de basarse en una infraestructura de red eléctrica que ya es extensa y que prácticamente todos los enchufes eléctricos del mundo son una estación de carga potencial.

¿Celdas de combustible o baterías eléctricas para vehículos? - Grafico 02
Fuente: Toyota

El único desafío es construir estaciones de carga rápida más convencionales, que no es un desafío pequeño, pero es mucho más sencillo que construir una industria completa de producción, transporte, almacenamiento y distribución de hidrógeno. Según el estudio de Nature Electronics indica que algunos fabricantes de camiones probablemente no brinden una oportunidad en un largo plazo a los sistemas de propulsión de celdas de combustible.

¿Celdas de combustible o baterías eléctricas para vehículos? - Grafico 03
Fuente: ScienceDirect

El reto actual de los vehículos eléctricos a batería es la operación logística de largo recorrido (con una media de 100.000 km al año) y el transporte de mercancías muy pesadas (lo que implica un alto consumo energético por kilómetro).

Este es la aplicación donde los HFCV tendría ventaja, tal es así los múltiples proyectos de fabricante impulsando el uso de hidrógeno en camiones mineros. Algunos fabricantes de camiones, como Nikola Motors, afirman que tendrán semirremolques HFCV de producción disponibles antes de 2027, pero incluso se ha ido moviendo lentamente hacia los vehículos eléctricos de batería, rediseñando vehículos que no solo funcionan con pilas de combustible sino con carga a través de batería.

Por otro lado, un estudio señala que con el nuevo estándar de carga de megavatios para camiones eléctricos con batería y los avances en la tecnología de baterías, es probable que la próxima generación de camiones eléctricos deje atrás los vehículos de hidrógeno con celdas de combustible.

¿Qué opina Ud. lector, quien ganara esta carrera las pilas de hidrógeno o las baterías eléctricas?

Por: Alberto Bullón
Ingeniero, MBA, actual Docente de Ingeniería y Jefe de Proyectos.


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