Un vehículo de hidrógeno es un vehículo que utiliza combustible de hidrógeno como fuerza motriz . Los vehículos de hidrógeno incluyen vehículos de carretera , vehículos ferroviarios y cohetes espaciales propulsados por hidrógeno , así como barcos y aviones propulsados por hidrógeno . La fuerza motriz se genera convirtiendo la energía química del hidrógeno en energía mecánica , ya sea haciendo reaccionar el hidrógeno con oxígeno en una pila de combustible para alimentar motores eléctricos o, menos comúnmente, mediante la combustión interna del hidrógeno . [4]
A partir de 2021 [actualizar], hay dos modelos de automóviles de hidrógeno disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai (2014–), que es el primer vehículo eléctrico de pila de combustible dedicado (FCEV) producido comercialmente del mundo, [1] [2] [5] y el Hyundai Nexo (2018–). También hay autobuses de pila de combustible . No se espera que los aviones de hidrógeno transporten muchos pasajeros en largas distancias antes de la década de 2030 como muy pronto. [6] [7]
A partir de 2019, el 98% del hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor , que emite dióxido de carbono . [8] Puede producirse por electrólisis del agua , o por medios termoquímicos o pirolíticos utilizando materias primas renovables , pero los procesos son actualmente costosos. [9] Se están desarrollando diversas tecnologías cuyo objetivo es lograr costes lo suficientemente bajos y cantidades suficientemente grandes para competir con la producción de hidrógeno utilizando gas natural. [10]
Los vehículos que funcionan con tecnología de hidrógeno se benefician de una larga autonomía con un solo repostaje, pero están sujetos a varios inconvenientes: altas emisiones de carbono cuando el hidrógeno se produce a partir de gas natural, carga de costes de capital, elevados insumos de energía en la producción, bajo contenido de energía por unidad de volumen en condiciones ambientales, producción y compresión de hidrógeno, la inversión necesaria para construir infraestructura de reabastecimiento de combustible en todo el mundo para dispensar hidrógeno y transporte de hidrógeno. [11] [12] [13] Además, el hidrógeno filtrado tiene un efecto de calentamiento global 11,6 veces más fuerte que el CO₂. [14]
En el caso de los vehículos ligeros, incluidos los turismos, la adopción del hidrógeno está por detrás de la de los vehículos eléctricos de batería. Un estudio de 2022 encontró que los avances tecnológicos y las economías de escala en los BEV, en comparación con la evolución del uso del hidrógeno, han hecho que sea poco probable que los vehículos ligeros de hidrógeno desempeñen un papel importante en el futuro. [15]
La justificación de los vehículos de hidrógeno radica en su potencial para reducir la dependencia de los combustibles fósiles, las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas y la contaminación del aire localizada por el transporte. [18] Esto requeriría que el hidrógeno se produzca de forma limpia, para su uso en sectores y aplicaciones donde las alternativas de mitigación más baratas y energéticamente eficientes son limitadas.
Empresas como Boeing , Lange Aviation y el Centro Aeroespacial Alemán utilizan el hidrógeno como combustible para aviones con y sin tripulación. En febrero de 2008, Boeing probó un vuelo tripulado de un pequeño avión propulsado por una pila de combustible de hidrógeno. También se han probado aviones de hidrógeno sin tripulación. [19] Para los grandes aviones de pasajeros, The Times informó que "Boeing dijo que era poco probable que las pilas de combustible de hidrógeno alimentaran los motores de grandes aviones de pasajeros, pero podrían usarse como unidades de energía auxiliares o de respaldo a bordo". [20]
En julio de 2010, Boeing presentó su UAV Phantom Eye propulsado por hidrógeno , propulsado por dos motores de combustión interna Ford que han sido convertidos para funcionar con hidrógeno. [21]
A partir de 2021 [actualizar], hay dos automóviles de hidrógeno disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai y el Hyundai Nexo . [22] El Honda Clarity se produjo entre 2016 y 2021. [23] Los automóviles de combustión de hidrógeno no están disponibles comercialmente. [ cita necesaria ]
En el segmento de vehículos de carretera ligeros, a finales de 2022 se habían vendido en todo el mundo 70.200 vehículos eléctricos de pila de combustible [24] , frente a 26 millones de vehículos eléctricos enchufables. [25] Con el rápido aumento de los vehículos eléctricos y la tecnología e infraestructura de baterías asociadas, el alcance global del papel del hidrógeno en los automóviles se está reduciendo en relación con las expectativas anteriores. [15] [26]
El primer vehículo de carretera propulsado por una pila de combustible de hidrógeno fue el Chevrolet Electrovan, presentado por General Motors en 1966. [27]
El Toyota FCHV y el Honda FCX , que comenzaron a arrendarse el 2 de diciembre de 2002, se convirtieron en los primeros vehículos comerciales de pila de combustible de hidrógeno certificados por el gobierno, [17] [16] [28] y el Honda FCX Clarity , que comenzó a arrendarse en 2008, fue el primer vehículo del mundo con pila de combustible de hidrógeno diseñado para la producción en masa en lugar de adaptar un modelo existente. [29] Honda estableció la primera red de distribuidores de vehículos de pila de combustible del mundo en 2008, y en ese momento era la única empresa capaz de arrendar vehículos de pila de combustible de hidrógeno a clientes privados. [30] [31]
El Hyundai Tucson FCEV 2013 , un Tucson modificado, se introdujo en el mercado como un vehículo de arrendamiento exclusivo, [32] [33] y Hyundai Motors afirmó que era el primer vehículo de pila de combustible de hidrógeno producido en masa del mundo. [34] [35] [36] Sin embargo, debido a los altos precios y la falta de infraestructura de carga, las ventas estuvieron muy por debajo de los planes iniciales, con solo 273 unidades vendidas a finales de mayo de 2015. [34] Hyundai Nexo , que tuvo éxito El Tucson en 2018, fue seleccionado como el "SUV más seguro" por Euro NCAP en 2018. [37]
Toyota lanzó el primer vehículo de pila de combustible (FCV) exclusivo del mundo producido en masa, el Mirai , en Japón a finales de 2014 [1] [2] [5] y comenzó sus ventas en California, principalmente en el área de Los Ángeles y también en zonas seleccionadas. mercados en Europa, el Reino Unido, Alemania y Dinamarca [38] más adelante en 2015. [39] El automóvil tiene una autonomía de 502 km (312 mi) y tarda unos cinco minutos en recargar su tanque de hidrógeno. El precio de venta inicial en Japón fue de unos 7 millones de yenes (69.000 dólares). [40] El ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que Toyota perdería inicialmente unos 100.000 dólares por cada Mirai vendido. [41] A finales de 2019, Toyota había vendido más de 10.000 Mirais. [42] [8] Muchas empresas de automóviles han introducido modelos de demostración en cantidades limitadas (ver Lista de vehículos de pila de combustible y Lista de vehículos con motor de combustión interna de hidrógeno ). [43] [44]
En 2013, BMW arrendó tecnología de hidrógeno a Toyota , y un grupo formado por Ford Motor Company , Daimler AG y Nissan anunció una colaboración para el desarrollo de tecnología de hidrógeno. [45]
En 2015, Toyota anunció que ofrecería a sus competidores de forma gratuita las 5.680 patentes relacionadas con vehículos de pila de combustible de hidrógeno y la tecnología de estaciones de carga de pila de combustible de hidrógeno, que ha estado investigando durante más de 20 años, con el fin de estimular el mercado del hidrógeno. -vehículos propulsados. [46]
Sin embargo, en 2017, Daimler había abandonado el desarrollo de vehículos de hidrógeno [47] y la mayoría de las empresas automotrices que desarrollaban automóviles de hidrógeno habían cambiado su enfoque hacia los vehículos eléctricos de batería. [48] Para 2020, todas las empresas automotrices, excepto tres, habían abandonado sus planes de fabricar automóviles de hidrógeno. [49]
Un prototipo de coche de carreras de pila de combustible Ford Fusion Hydrogen 999 estableció un récord de 207,297 millas por hora (333,612 km/h) en las Salinas de Bonneville, en agosto de 2007, utilizando un gran tanque de oxígeno comprimido para aumentar la potencia. [50] El récord de velocidad en tierra para un vehículo propulsado por hidrógeno de 286,476 millas por hora (461,038 km/h) fue establecido por el Buckeye Bullet 2 de la Universidad Estatal de Ohio , que alcanzó una velocidad de "milla voladora" de 280,007 millas por hora. hora (450,628 km/h) en las Salinas de Bonneville en agosto de 2008.
En 2007, se formó la Federación de Carreras de Hidrógeno Eléctrico como una organización de carreras para vehículos propulsados por pilas de combustible de hidrógeno. La organización patrocinó la Hydrogen 500, una carrera de 500 millas. [51]
Varios fabricantes han probado autobuses de pila de combustible en diferentes lugares, por ejemplo, Ursus Lublin. [52] Solaris Bus & Coach presentó sus autobuses eléctricos de hidrógeno Urbino 12 en 2019. Se encargaron varias docenas. [53] En 2022, la ciudad de Montpellier , Francia, canceló un contrato para adquirir 51 autobuses propulsados por pilas de combustible de hidrógeno, cuando descubrió que "el coste de funcionamiento de los [autobuses] de hidrógeno es 6 veces el coste de la electricidad". [54]
En el Escenario de Emisiones Netas Cero para 2022 de la Agencia Internacional de Energía , se pronostica que el hidrógeno representará el 2% de la demanda de energía ferroviaria en 2050, mientras que se espera que el 90% de los viajes en ferrocarril estén electrificados para entonces (en comparación con el 45% actual). El papel del hidrógeno en el ferrocarril probablemente se centraría en líneas que resulten difíciles o costosas de electrificar. [55]
En marzo de 2015, China South Rail Corporation (CSR) demostró el primer tranvía del mundo propulsado por pila de combustible de hidrógeno en una instalación de montaje en Qingdao. [56] Se han construido pistas para el nuevo vehículo en siete ciudades chinas. [57]
En el norte de Alemania, en 2018 se pusieron en servicio los primeros trenes Coradia iLint propulsados por pilas de combustible; El exceso de energía se almacena en baterías de iones de litio . [58]
A partir de 2019, [actualizar]las pilas de combustible de hidrógeno no son adecuadas para la propulsión en grandes barcos de larga distancia, pero se están considerando como un extensor de alcance para embarcaciones eléctricas más pequeñas, de corta distancia y de baja velocidad, como los ferries. [59] El hidrógeno contenido en amoníaco se considera un combustible para largas distancias. [60]
En 2007, Pearl Hydrogen Power Source Technology Co de Shanghai , China, demostró una bicicleta de hidrógeno PHB . [61] [62] En 2014, científicos australianos de la Universidad de Nueva Gales del Sur presentaron su modelo Hy-Cycle. [63] El mismo año, Canyon Bicycles comenzó a trabajar en el concepto de bicicleta Eco Speed. [64]
En 2017, Pragma Industries de Francia desarrolló una bicicleta que podía recorrer 100 km con una sola bombona de hidrógeno. [65] En 2019, Pragma anunció que el producto, "Alpha Bike", se ha mejorado para ofrecer un rango de pedaleo asistido eléctricamente de 150 km, y las primeras 200 bicicletas se entregarán a los periodistas que cubren la 45.ª cumbre del G7 en Biarritz , Francia. [66]
En 2020, Alles over Waterstof [67] desarrolló un scooter de dos ruedas propulsado por hidrógeno. El scooter de pie tiene una autonomía de más de 20 km con 15 gramos de hidrógeno. Utiliza una bombona de hidrógeno intercambiable de 1 litro y 200 bar. En 2021, la empresa desarrolló una bicicleta de carga propulsada por hidrógeno, utilizando un cilindro de hidrógeno estático recargable de 3 litros y 300 bares. La bicicleta HydroCargo tiene una autonomía de hasta 100 km con 80 gramos de hidrógeno. [68]
Lloyd Alter de TreeHugger respondió al anuncio preguntando "¿por qué... tomarse la molestia de usar electricidad para producir hidrógeno, sólo para volver a convertirlo en electricidad para cargar una batería que haga funcionar la bicicleta eléctrica [o] elegir un combustible que necesite un costosa estación de servicio que sólo puede manejar 35 bicicletas por día, cuando puedes cargar una bicicleta con batería en cualquier lugar. [Si] fueras un operador de flota cautivo, ¿por qué [no] simplemente cambiar las baterías para obtener la autonomía y la rápida rotación?" [69]
La división militar de General Motors , GM Defense , se centra en vehículos de pila de combustible de hidrógeno. [70] Su SURUS (Silent Utility Rover Universal Superstructure) es una plataforma eléctrica de pila de combustible flexible con capacidades autónomas. Desde abril de 2017, el Ejército de EE. UU. ha estado probando el Chevrolet Colorado ZH2 comercial en sus bases estadounidenses para determinar la viabilidad de vehículos propulsados por hidrógeno en entornos tácticos de misiones militares. [71]
ENV desarrolla motocicletas eléctricas propulsadas por una pila de combustible de hidrógeno, incluidas la Crosscage y la Biplane. Otros fabricantes como Vectrix están trabajando en scooters de hidrógeno. [72] Finalmente, se están fabricando scooters híbridos eléctricos con celdas de combustible de hidrógeno, como el scooter Suzuki Burgman con celda de combustible [73] y el FHybrid. [74] El Burgman recibió la aprobación de "tipo de vehículo completo" en la UE. [75] La empresa taiwanesa APFCT llevó a cabo una prueba callejera en vivo con 80 scooters de pila de combustible para la Oficina de Energía de Taiwán. [76]
Mahindra HyAlfa y Bajaj Auto han construido vehículos conceptuales de rickshaw automático de hidrógeno . [77] [78]
El H-Due [79] de Autostudi Srl es un quad propulsado por hidrógeno, capaz de transportar de 1 a 3 pasajeros. Se ha propuesto un concepto para un tractor propulsado por hidrógeno. [80] [81]
Una carretilla elevadora con motor de combustión interna de hidrógeno (o "HICE") o una carretilla elevadora HICE es una carretilla elevadora industrial impulsada por un motor de combustión interna alimentada por hidrógeno que se utiliza para levantar y transportar materiales. La primera carretilla elevadora HICE de producción basada en la Linde X39 Diesel se presentó en una exposición en Hannover el 27 de mayo de 2008. Utilizaba un motor de combustión interna diésel de 2,0 litros y 43 kW (58 CV) convertido para utilizar hidrógeno como combustible con el Uso de compresor e inyección directa . [82] [83]
En 2013, se utilizaron más de 4.000 carretillas elevadoras de pila de combustible en la manipulación de materiales en EE. UU. [84] En 2024, aproximadamente 50.000 carretillas elevadoras de hidrógeno están en funcionamiento en todo el mundo (la mayor parte de las cuales se encuentran en los EE. UU.), en comparación con 1,2 millones de carretillas elevadoras eléctricas de batería que se compraron en 2021. [85]
La mayoría de las empresas en Europa y Estados Unidos no utilizan carretillas elevadoras propulsadas por petróleo, ya que estos vehículos trabajan en interiores donde se deben controlar las emisiones y, en su lugar, utilizan carretillas elevadoras eléctricas. [86] [87] Las carretillas elevadoras propulsadas por pilas de combustible se pueden repostar en 3 minutos. Se pueden utilizar en almacenes frigoríficos, ya que su rendimiento no se ve degradado por temperaturas más bajas. Las unidades de pila de combustible a menudo se diseñan como reemplazos directos. [88] [89]
Muchos cohetes grandes utilizan hidrógeno líquido como combustible y oxígeno líquido como oxidante (LH2/LOX). Una ventaja del combustible para cohetes de hidrógeno es la alta velocidad efectiva de escape en comparación con los motores de queroseno / LOX o UDMH / NTO . Según la ecuación del cohete Tsiolkovsky , un cohete con mayor velocidad de escape utiliza menos propulsor para acelerar. Además, la densidad energética del hidrógeno es mayor que la de cualquier otro combustible. [90] LH2/LOX también produce la mayor eficiencia en relación con la cantidad de propulsor consumido, de cualquier propulsor de cohete conocido. [91]
Una desventaja de los motores LH2/LOX es la baja densidad y baja temperatura del hidrógeno líquido, lo que significa que se necesitan tanques de combustible más grandes y aislados y, por tanto, más pesados. Esto aumenta la masa estructural del cohete, lo que reduce significativamente su delta-v. Otra desventaja es la escasa capacidad de almacenamiento de los cohetes propulsados por LH2/LOX: debido a la constante ebullición del hidrógeno, el cohete debe cargarse de combustible poco antes del lanzamiento, lo que hace que los motores criogénicos no sean adecuados para misiles balísticos intercontinentales y otras aplicaciones de cohetes, ya que requieren breves preparativos de lanzamiento. .
En general, el delta-v de una etapa de hidrógeno no suele ser muy diferente del de una etapa de combustible denso, pero el peso de una etapa de hidrógeno es mucho menor, lo que la hace particularmente efectiva para las etapas superiores, ya que son transportadas por las etapas inferiores. etapas. Para las primeras etapas, los cohetes de combustible denso en los estudios pueden mostrar una pequeña ventaja, debido al menor tamaño del vehículo y la menor resistencia al aire. [92]
LH2/LOX también se utilizaron en el transbordador espacial para hacer funcionar las pilas de combustible que alimentan los sistemas eléctricos. [93] El subproducto de la pila de combustible es agua, que se utiliza para beber y otras aplicaciones que requieren agua en el espacio.
El escenario de emisiones netas cero para 2022 de la Agencia Internacional de Energía considera que el hidrógeno cubrirá aproximadamente el 30% de la demanda de energía de los camiones pesados en 2050, principalmente para el transporte pesado de larga distancia (y la energía eléctrica de batería representará alrededor del 60%). [94]
United Parcel Service comenzó a probar un vehículo de reparto propulsado por hidrógeno en 2017. [95] En 2020, Hyundai comenzó la producción comercial de sus camiones de pila de combustible Xcient y envió diez de ellos a Suiza . [96] [97] [98]
En 2022, en Australia, se pusieron en uso cinco camiones de pila de combustible de hidrógeno de clase 8 para transportar zinc desde la mina Townsville de Sun Metals hasta el puerto de Townsville , Queensland, para enviarlo a todo el mundo. [99]
Los automóviles con motor de combustión interna de hidrógeno son diferentes de los automóviles con pila de combustible de hidrógeno. El automóvil de combustión interna de hidrógeno es una versión ligeramente modificada del automóvil tradicional con motor de combustión interna de gasolina . Estos motores de hidrógeno queman combustible de la misma manera que los motores de gasolina; la principal diferencia es el producto de escape. La combustión de gasolina produce emisiones principalmente de dióxido de carbono y agua, además de trazas de monóxido de carbono , NOx , partículas e hidrocarburos no quemados, [100] mientras que el principal producto de escape de la combustión de hidrógeno es el vapor de agua.
En 1807 François Isaac de Rivaz diseñó el primer motor de combustión interna alimentado con hidrógeno . [101] En 1965, Roger E. Billings, entonces estudiante de secundaria, convirtió un Modelo A para que funcionara con hidrógeno. [102] En 1970, Paul Dieges patentó una modificación de los motores de combustión interna que permitía que un motor de gasolina funcionara con hidrógeno. [103]
Mazda ha desarrollado motores Wankel que queman hidrógeno, que se utilizan en el Mazda RX-8 Hydrogen RE . La ventaja de utilizar un motor de combustión interna, como Wankel y motores de pistón, es el menor costo de reequipamiento para la producción. [104]
Las pilas de combustible de hidrógeno son relativamente caras de producir, ya que su diseño requiere sustancias raras, como el platino , como catalizador . [105] En 2014, el ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que Toyota perdería inicialmente alrededor de 100.000 dólares por cada Mirai vendido. [41] En 2020, investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague están desarrollando un nuevo tipo de catalizador que esperan reduzca el costo de las pilas de combustible. [106] Este nuevo catalizador utiliza mucho menos platino porque las nanopartículas de platino no están recubiertas de carbono, lo que, en las pilas de combustible de hidrógeno convencionales, mantiene las nanopartículas en su lugar pero también hace que el catalizador se vuelva inestable y lo desnaturalice lentamente, lo que requiere aún más platino. La nueva tecnología utiliza nanocables duraderos en lugar de nanopartículas. "El siguiente paso para los investigadores es ampliar sus resultados para que la tecnología pueda implementarse en vehículos de hidrógeno". [107]
Los problemas de los primeros diseños de pilas de combustible a bajas temperaturas relacionados con la autonomía y las capacidades de arranque en frío se han abordado para que "ya no puedan verse como obstáculos". [108] Los usuarios en 2014 dijeron que sus vehículos de pila de combustible funcionan perfectamente en temperaturas bajo cero, incluso con los calentadores a todo volumen, sin reducir significativamente el alcance. [109] Los estudios que utilizan radiografía de neutrones en arranque en frío sin asistencia indican formación de hielo en el cátodo, [110] tres etapas en arranque en frío [111] y conductividad iónica de Nafion. [112] También se definió un parámetro, definido como culombio de carga, para medir la capacidad de arranque en frío. [113]
La vida útil de las pilas de combustible es comparable a la de otros vehículos. [114] [ se necesita aclaración ] La vida útil de la celda de combustible de membrana de polímero-electrolito (PEM) es de 7300 horas en condiciones de ciclo. [115]
El hidrógeno no existe en depósitos o reservas convenientes como los combustibles fósiles o el helio . [116] Se produce a partir de materias primas como gas natural y biomasa o se electroliza a partir de agua. [117] Un beneficio sugerido del despliegue a gran escala de vehículos de hidrógeno es que podría conducir a una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero y precursores del ozono. [118] Sin embargo, a partir de 2014, el 95% del hidrógeno se produce a partir de metano . Puede producirse por medios termoquímicos o pirolíticos utilizando materias primas renovables, pero es un proceso costoso. [9]
Sin embargo, la electricidad renovable se puede utilizar para impulsar la conversión de agua en hidrógeno: las plantas integradas de energía eólica en hidrógeno ( energía a gas ), que utilizan la electrólisis del agua , están explorando tecnologías para ofrecer costos lo suficientemente bajos y cantidades lo suficientemente grandes como para competir con fuentes de energía tradicionales. [119] Los desafíos que enfrenta el uso de hidrógeno en vehículos incluyen su almacenamiento a bordo del vehículo. En septiembre de 2023, el hidrógeno costaba 36 dólares por kilogramo en las estaciones de servicio públicas de California, 14 veces más por milla para un Mirai que para un Tesla Model 3. [120]
El hidrógeno molecular necesario como combustible a bordo para vehículos de hidrógeno se puede obtener mediante muchos métodos termoquímicos utilizando gas natural , carbón (mediante un proceso conocido como gasificación del carbón), gas licuado de petróleo , biomasa ( gasificación de biomasa ), mediante un proceso llamado termólisis , o como un producto de desecho microbiano llamado biohidrógeno o producción biológica de hidrógeno . El 95% del hidrógeno se produce a partir de gas natural. [121] El hidrógeno se puede producir a partir de agua mediante electrólisis con eficiencias de trabajo del 65 al 70%. [122] El hidrógeno se puede producir mediante reducción química utilizando hidruros químicos o aluminio. [123] Las tecnologías actuales para fabricar hidrógeno utilizan energía en diversas formas, totalizando entre el 25 y el 50 por ciento del poder calorífico superior del combustible de hidrógeno, utilizado para producir, comprimir o licuar y transmitir el hidrógeno por tubería o camión. [124]
Las consecuencias medioambientales de la producción de hidrógeno a partir de recursos energéticos fósiles incluyen la emisión de gases de efecto invernadero , una consecuencia que también resultaría de la transformación a bordo del metanol en hidrógeno. [125] La producción de hidrógeno utilizando recursos de energía renovable no crearía tales emisiones, pero sería necesario ampliar la escala de producción de energía renovable para que se pueda utilizar en la producción de hidrógeno para una parte importante de las necesidades de transporte. [126] En unos pocos países, las fuentes renovables se están utilizando más ampliamente para producir energía e hidrógeno. Por ejemplo, Islandia utiliza energía geotérmica para producir hidrógeno [127] y Dinamarca utiliza energía eólica . [128]
El hidrógeno comprimido en tanques de hidrógeno a 350 bar (5000 psi) y 700 bar (10 000 psi) se utiliza para sistemas de tanques de hidrógeno en vehículos, basados en tecnología de compuestos de carbono tipo IV. [129]
El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica muy baja en condiciones ambientales, en comparación con la gasolina y otros combustibles para vehículos. [130] Debe almacenarse en un vehículo, ya sea como líquido sobreenfriado o como gas altamente comprimido, lo que requiere energía adicional para lograrlo. [131] En 2018, investigadores de CSIRO en Australia impulsaron un Toyota Mirai y un Hyundai Nexo con hidrógeno separado del amoníaco mediante una tecnología de membrana. El amoníaco es más fácil de transportar de forma segura en camiones cisterna que el hidrógeno puro. [132]
Para permitir el suministro de combustible de hidrógeno a los usuarios finales del transporte, se necesita una amplia gama de inversiones, incluida, según la Agencia Internacional de Energía (AIE), la "construcción y operación de nueva infraestructura portuaria, almacenamiento intermedio, oleoductos, barcos, estaciones de servicio y plantas para convertir el hidrógeno en un producto más fácilmente transportable (y potencialmente de nuevo en hidrógeno)". [133] En particular, la AIE señala que se necesitarán estaciones de servicio en lugares que sean adecuados para el transporte por carretera de larga distancia, como centros industriales, e identifica la necesidad de invertir en infraestructura aeroportuaria para el almacenamiento y entrega de hidrógeno. La AIE considera que los requisitos de infraestructura para el hidrógeno en el transporte marítimo son más desafiantes y llama la atención sobre la "necesidad de grandes inversiones y esfuerzos coordinados entre los proveedores de combustible, los puertos, los constructores navales y los transportistas". [134]
En 2021 [actualizar], había 49 estaciones de servicio de hidrógeno de acceso público en los EE. UU., 48 de las cuales estaban ubicadas en California (en comparación con 42,830 estaciones de carga eléctrica). [135] [136] En 2017, había 91 estaciones de servicio de hidrógeno en Japón. [137]
Los códigos y normas sobre hidrógeno, así como los códigos y normas técnicas para la seguridad y el almacenamiento del hidrógeno , han sido una barrera institucional para el despliegue de tecnologías de hidrógeno . Para permitir la comercialización de hidrógeno en productos de consumo, los gobiernos federal, estatal y local deben desarrollar y adoptar nuevos códigos y estándares. [138]
Se admiten autobuses de pila de combustible. [139]
La Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York (NYSERDA) ha creado incentivos para camiones y autobuses eléctricos con pila de combustible de hidrógeno. [140]
Los críticos afirman que el plazo para superar los desafíos técnicos y económicos que supone implementar el uso a gran escala del hidrógeno en los automóviles probablemente sea de al menos varias décadas. [141] [142] Argumentan que centrarse en el uso del automóvil de hidrógeno es un desvío peligroso de soluciones más fácilmente disponibles para reducir el uso de combustibles fósiles en los vehículos. [143] En 2008, Wired News informó que "los expertos dicen que pasarán 40 años o más antes de que el hidrógeno tenga algún impacto significativo en el consumo de gasolina o el calentamiento global, y no podemos darnos el lujo de esperar tanto. Mientras tanto, las pilas de combustible están desviando recursos de soluciones más inmediatas". [144]
En el documental de 2006 ¿Quién mató al coche eléctrico? , Joseph Romm, ex funcionario del Departamento de Energía de Estados Unidos , afirmó: "Un coche de hidrógeno es una de las formas menos eficientes y más caras de reducir los gases de efecto invernadero". [145] También argumentó que el costo de construir una red nacional de estaciones de servicio de hidrógeno sería prohibitivo. [146] Sostuvo los mismos puntos de vista en 2014. [147] [148] En 2009, Los Angeles Times escribió que "el hidrógeno es una pésima forma de mover automóviles". [149] Robert Zubrin , autor de Energy Victory , afirmó: "El hidrógeno es 'prácticamente el peor combustible posible para vehículos'". [150] The Economist señaló que la mayor parte del hidrógeno se produce a través de la reformación del metano con vapor , lo que crea al menos tanta emisión de carbono por milla como algunos de los automóviles de gasolina actuales, pero que si el hidrógeno pudiera producirse utilizando energía renovable, "seguramente "Sería más fácil simplemente utilizar esta energía para cargar las baterías de vehículos totalmente eléctricos o híbridos enchufables". [150] A lo largo de su vida útil, los vehículos de hidrógeno emitirán más carbono que los vehículos de gasolina. [151] [13] El Washington Post preguntó en 2009: "¿Por qué querrías almacenar energía en forma de hidrógeno y luego usar ese hidrógeno para producir electricidad para un motor, cuando la energía eléctrica ya está esperando ser absorbida?" fuera de los enchufes en todo Estados Unidos y almacenado en baterías de automóviles"? [121] [152]
Rudolf Krebs, de Volkswagen, dijo en 2013 que "no importa cuán excelentes sean los automóviles, las leyes de la física obstaculizan su eficiencia general. La forma más eficiente de convertir energía en movilidad es la electricidad". Explicó: "La movilidad del hidrógeno sólo tiene sentido si se utiliza energía verde", pero... primero es necesario convertirlo en hidrógeno "con baja eficiencia", donde "se pierde alrededor del 40 por ciento de la energía inicial". Luego hay que comprimir el hidrógeno y almacenarlo a alta presión en tanques, lo que consume más energía. "Y luego hay que convertir el hidrógeno nuevamente en electricidad en una pila de combustible con otra pérdida de eficiencia". Krebs continuó: "Al final, del 100 por ciento original de energía eléctrica, terminas con entre el 30 y el 40 por ciento". [153] En 2015, CleanTechnica enumeró algunas de las desventajas de los vehículos con pila de combustible de hidrógeno [154] [155] Un estudio de 2016 en Energy realizado por científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad Técnica de Munich concluyó que, incluso suponiendo la producción local de hidrógeno, "invertir en vehículos con batería totalmente eléctrica es una opción más económica para reducir las emisiones de dióxido de carbono". [156]
Un análisis de 2017 publicado en Green Car Reports concluyó que los mejores vehículos con celdas de combustible de hidrógeno consumen "más de tres veces más electricidad por milla que un vehículo eléctrico... generan más emisiones de gases de efecto invernadero que otras tecnologías de tren motriz... [y tienen ] costos de combustible muy altos... Teniendo en cuenta todos los obstáculos y requisitos para la nueva infraestructura (que se estima costará hasta 400 mil millones de dólares), los vehículos de pila de combustible parecen ser, en el mejor de los casos, una tecnología de nicho, con poco impacto en el consumo de petróleo de Estados Unidos. [137] El Departamento de Energía de EE. UU. está de acuerdo, para el combustible producido por la electricidad de la red mediante electrólisis, pero no para la mayoría de las otras vías de generación. [157] Un vídeo de 2019 de Real Engineering señaló que, a pesar de la introducción de vehículos que funcionan con hidrógeno , el uso de hidrógeno como combustible para los automóviles no ayuda a reducir las emisiones de carbono del transporte: el 95% del hidrógeno que todavía se produce a partir de combustibles fósiles libera dióxido de carbono, y producir hidrógeno a partir del agua es un proceso que consume energía. Almacenar hidrógeno requiere más energía, ya sea para enfriarlo al estado líquido o para colocarlo en tanques a alta presión, y entregar hidrógeno a las estaciones de servicio requiere más energía y puede liberar más carbono. El hidrógeno necesario para mover un FCV por un kilómetro cuesta aproximadamente 8 veces más que la electricidad necesaria para mover un BEV la misma distancia. [158] También en 2019, Katsushi Inoue, presidente de Honda Europa, declaró: "Ahora nos centramos en los vehículos híbridos y eléctricos. Tal vez lleguen los coches de pila de combustible de hidrógeno, pero esa es una tecnología para la próxima era". [159]
Las evaluaciones realizadas desde 2020 han concluido que los vehículos de hidrógeno siguen teniendo una eficiencia de solo el 38%, mientras que los vehículos eléctricos de batería tienen una eficiencia del 80% al 95%. [160] [161] Una evaluación de 2021 realizada por CleanTechnica concluyó que, si bien los automóviles de hidrógeno son mucho menos eficientes que los automóviles eléctricos, la gran mayoría del hidrógeno que se produce es hidrógeno gris contaminante , y entregar hidrógeno requeriría la construcción de una nueva infraestructura vasta y costosa, la Las dos ventajas restantes de los vehículos de pila de combustible (mayor alcance y tiempos de carga de combustible más rápidos) se están erosionando rápidamente debido a la mejora de la tecnología de batería y carga. [49] Un estudio de 2022 en Nature Electronics estuvo de acuerdo. [162] Otro artículo de 2022, en Recharge News , afirmó que es más probable que los barcos funcionen con amoníaco o metanol que con hidrógeno. [163] También en 2022, el Instituto Fraunhofer de Alemania concluyó que es poco probable que el hidrógeno desempeñe un papel importante en el transporte por carretera. [26]
Un estudio de 2023 realizado por el Centro Internacional de Investigación sobre el Clima y el Medio Ambiente (CICERO) estimó que el hidrógeno filtrado tiene un efecto de calentamiento global 11,6 veces más fuerte que el CO₂. [14]
El combustible de hidrógeno es peligroso debido a la baja energía de ignición (ver también temperatura de autoignición ) y la alta energía de combustión del hidrógeno, y porque tiende a fugarse fácilmente de los tanques debido a su pequeño tamaño molecular . [164] La fragilización por hidrógeno también es una preocupación para el material del tanque de almacenamiento, así como para las piezas del automóvil que rodean el tanque si hay fugas crónicas. El hidrógeno es inodoro, por lo que las fugas no se detectan fácilmente sin detectores especializados. [165]
Se han informado explosiones en estaciones de servicio de hidrógeno. [166] Las estaciones de servicio de hidrógeno generalmente reciben entregas de hidrógeno por camión de los proveedores de hidrógeno. Una interrupción en una instalación de suministro de hidrógeno puede cerrar varias estaciones de servicio de hidrógeno. [167]
Los vehículos de hidrógeno compiten con varias alternativas propuestas a la infraestructura moderna de vehículos con motores de combustión interna (ICE) de combustibles fósiles . [105]
Los vehículos de gas natural comprimido (GNC), HCNG , GLP o GNL a base de ICE , denominados colectivamente vehículos de gas natural (GNV), utilizan metano extraído del gas natural o biogás como fuente de combustible. El metano tiene una mayor densidad energética que el hidrógeno y los vehículos a gas natural (GNV) procedentes de biogás son casi neutros en carbono . [168] A diferencia de los vehículos de hidrógeno, la tecnología de los vehículos de GNC ha estado disponible durante muchas décadas y existe suficiente infraestructura en las estaciones de servicio existentes para proporcionar reabastecimiento de combustible tanto comercial como doméstico. A finales de 2011 había en todo el mundo 14,8 millones de vehículos a gas natural, la mayoría en forma de vehículos bicombustibles . [169] El otro uso del gas natural es el reformado con vapor , que es la forma común de producir gas hidrógeno para su uso en automóviles eléctricos con pilas de combustible. [8]
El metano es también un combustible alternativo para cohetes . [170]
Los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) son vehículos eléctricos híbridos que se pueden conectar a la red eléctrica para recargar la batería de a bordo , en lugar de depender únicamente del motor de combustión interna para impulsar un generador que alimente el motor eléctrico y la batería. paquete como en los vehículos híbridos convencionales. El concepto PHEV aumenta la eficiencia de combustible del vehículo al permitir una mayor conducción en modo EV , al mismo tiempo que alivia la ansiedad por la autonomía al tener el motor de combustión interna (normalmente un motor turbo de gasolina ) como motor auxiliar o extensor de autonomía .
En el segmento de vehículos de carretera ligeros, para 2023, se habían vendido 26 millones de vehículos eléctricos de batería en todo el mundo [25] y había 65.730 estaciones de carga públicas en América del Norte, además de la disponibilidad de carga en el hogar y el lugar de trabajo a través de enchufes y tomas de corriente alterna. . [171] Los camiones eléctricos de larga distancia requieren una infraestructura de carga de más megavatios . [172]
Sobre esta base, la densidad energética del hidrógeno es pobre (ya que tiene una densidad muy baja), aunque su relación energía-peso es la mejor de todos los combustibles (porque es muy ligero).
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