Un vehículo de pila de combustible ( FCV ) o vehículo eléctrico de pila de combustible ( FCEV ) es un vehículo eléctrico que utiliza una pila de combustible , a veces en combinación con una pequeña batería o supercondensador , para alimentar su motor eléctrico a bordo . Las pilas de combustible de los vehículos generan electricidad generalmente utilizando oxígeno del aire e hidrógeno comprimido . La mayoría de los vehículos de pila de combustible están clasificados como vehículos de cero emisiones que solo emiten agua y calor. En comparación con los vehículos de combustión interna, los vehículos de hidrógeno centralizan los contaminantes en el lugar de producción de hidrógeno , donde el hidrógeno normalmente se deriva del gas natural reformado . [1] El transporte y almacenamiento de hidrógeno también puede generar contaminantes. [2] Las pilas de combustible se han utilizado en varios tipos de vehículos, incluidos montacargas , especialmente en aplicaciones en interiores donde sus emisiones limpias son importantes para la calidad del aire, y en aplicaciones espaciales. Las pilas de combustible se están desarrollando y probando en camiones, autobuses, barcos, motos y bicicletas, entre otro tipo de vehículos.
El primer vehículo de carretera propulsado por una pila de combustible fue el Chevrolet Electrovan, presentado por General Motors en 1966. [3] El Toyota FCHV y el Honda FCX , que comenzaron a alquilarse el 2 de diciembre de 2002, se convirtieron en los primeros del mundo con pila de combustible comercial certificada por el gobierno. vehículos, [4] [5] [6] y el Honda FCX Clarity , que comenzó a arrendarse en 2008, fue el primer vehículo de pila de combustible del mundo diseñado para la producción en masa en lugar de adaptar un modelo existente. [7] En 2013, Hyundai Motors comenzó la producción del Hyundai ix35 FCEV , considerado el primer vehículo eléctrico de pila de combustible producido en masa del mundo, [8] [9] [10] que posteriormente se introdujo en el mercado como vehículo de arrendamiento. solo vehiculo. [11] [12] En 2014, Toyota comenzó a vender el Toyota Mirai , el primer vehículo de pila de combustible dedicado del mundo. [13] [14] [15]
A diciembre de 2020 [actualizar], se habían vendido en todo el mundo 31.225 FCEV de pasajeros propulsados por hidrógeno. [16] En 2021 [actualizar], solo había dos modelos de automóviles de pila de combustible disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai (2014-presente) y el Hyundai Nexo (2018-presente). El Honda Clarity se produjo de 2016 a 2021, cuando se descontinuó. [17] A partir de 2020, había una infraestructura de hidrógeno limitada , con menos de cincuenta estaciones de servicio de hidrógeno para automóviles disponibles públicamente en los EE. UU. [18] Los críticos dudan de que el hidrógeno sea eficiente o rentable para los automóviles, en comparación con otros tecnologías de emisiones, y en 2019, The Motley Fool opinó: "Lo que es difícil de discutir es que el sueño de las pilas de combustible de hidrógeno está prácticamente muerto para el mercado de vehículos de pasajeros". [19]
Todas las pilas de combustible se componen de tres partes: un electrolito, un ánodo y un cátodo. [20] En principio, una pila de combustible de hidrógeno funciona como una batería, produciendo electricidad, que puede hacer funcionar un motor eléctrico. Sin embargo, en lugar de tener que recargarla, la pila de combustible se puede rellenar con hidrógeno. [21] Los diferentes tipos de pilas de combustible incluyen pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM), pilas de combustible de metanol directo , pilas de combustible de ácido fosfórico , pilas de combustible de carbonato fundido , pilas de combustible de óxido sólido , pilas de combustible de metanol reformadas y pilas de combustible regenerativas. [22]
El concepto de pila de combustible fue demostrado por primera vez por Humphry Davy en 1801, pero la invención de la primera pila de combustible en funcionamiento se atribuye a William Grove , químico, abogado y físico. Los experimentos de Grove con lo que llamó una "batería voltaica de gas" demostraron en 1842 que se podía producir una corriente eléctrica mediante una reacción electroquímica entre hidrógeno y oxígeno sobre un catalizador de platino. [24] El ingeniero inglés Francis Thomas Bacon amplió el trabajo de Grove, creando y demostrando varias pilas de combustible alcalinas entre 1939 y 1959. [25]
El primer vehículo moderno de pila de combustible fue un tractor agrícola Allis-Chalmers modificado , equipado con una pila de combustible de 15 kilovatios, alrededor de 1959. [26] La carrera espacial de la Guerra Fría impulsó un mayor desarrollo de la tecnología de pilas de combustible. El Proyecto Gemini probó pilas de combustible para proporcionar energía eléctrica durante misiones espaciales tripuladas. [27] [28] El desarrollo de pilas de combustible continuó con el Programa Apolo . Los sistemas de energía eléctrica de las cápsulas Apolo y los módulos lunares utilizaban pilas de combustible alcalinas. [27] En 1966, General Motors desarrolló el primer vehículo de carretera con pila de combustible, el Chevrolet Electrovan. [29] Tenía una celda de combustible PEM , un alcance de 120 millas y una velocidad máxima de 70 mph. Sólo había dos asientos, ya que la pila de combustible y los grandes tanques de hidrógeno y oxígeno ocupaban la parte trasera de la furgoneta. Sólo se construyó uno, ya que el coste del proyecto se consideró prohibitivo. [30]
General Electric y otros continuaron trabajando en pilas de combustible PEM en los años 1970. [27] Las pilas de pilas de combustible todavía estaban limitadas principalmente a aplicaciones espaciales en la década de 1980, incluido el transbordador espacial . [27] Sin embargo, el cierre del Programa Apollo envió a muchos expertos de la industria a empresas privadas. En la década de 1990, los fabricantes de automóviles se interesaron por las aplicaciones de las pilas de combustible y se prepararon vehículos de demostración. En 2001, se demostraron los primeros tanques de hidrógeno de 700 bar (10000 PSI), lo que redujo el tamaño de los tanques de combustible que podían usarse en los vehículos y amplió el alcance. [31]
Existen vehículos de pila de combustible para todos los modos de transporte. Los vehículos de pila de combustible más frecuentes son los coches, autobuses, carretillas elevadoras y vehículos de manipulación de materiales. [32]
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. [33] [34] El Honda FCX Clarity se introdujo en 2008 para arrendamiento por parte de clientes en Japón y el sur de California y se suspendió en 2015. De 2008 a 2014, Honda arrendó un total de 45 unidades FCX en los EE. UU. [35] En ese período se lanzaron más de 20 prototipos y automóviles de demostración FCEV, [36] incluido el GM HydroGen4 , [29] y el Mercedes-Benz F-Cell .
El vehículo Hyundai ix35 FCEV Fuel Cell estuvo disponible para arrendamiento de 2014 a 2018, [37] cuando se arrendaron 54 unidades. [38] En 2018, Hyundai presentó el Nexo . [39]
Las ventas del Toyota Mirai a clientes comenzaron en Japón en diciembre de 2014. Se esperaba que la mayoría de los clientes iniciales fueran gobiernos y corporaciones, no individuos. [40] Los precios comenzaban en ¥ 6.700.000 (~ 57.400 dólares EE.UU. ) antes de impuestos y un incentivo gubernamental de ¥ 2.000.000 (~ 19.600 dólares EE.UU. ). [41] El ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que Toyota inicialmente perdería alrededor de 100.000 dólares por cada Mirai vendido. [42] En diciembre de 2017 [actualizar], las ventas globales ascendieron a 5.300 Mirais. Los mercados de mayor venta fueron Estados Unidos con 2.900 unidades, Japón con 2.100 y Europa con 200. [43]
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. [44]
El Honda Clarity Fuel Cell se produjo entre 2016 y 2021. [45] [46] El Clarity 2017 tuvo las calificaciones más altas de economía de combustible combinada y en ciudad entre todos los autos con celda de combustible de hidrógeno calificados por la EPA ese año, con una calificación combinada en ciudad/carretera. de 67 millas por galón equivalente de gasolina (MPGe) y 68 MPGe en conducción urbana. [47] 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". [48]
En 2017, Daimler abandonó gradualmente el desarrollo de FCEV, citando la disminución de los costos de las baterías y el aumento de la gama de vehículos eléctricos, [49] y la mayoría de las empresas automotrices que desarrollaban automóviles de hidrógeno habían cambiado su enfoque hacia los vehículos eléctricos de batería. [50] En 2020, sólo tres fabricantes de automóviles todavía fabricaban o tenían programas activos de fabricación de automóviles de hidrógeno. [51]
La siguiente tabla compara la economía de combustible de la EPA expresada en millas por galón equivalente de gasolina (MPGe) para los dos modelos de vehículos con celda de combustible de hidrógeno clasificados por la EPA a septiembre de 2021 [actualizar]y disponibles en California. [47]
En junio de 2016, Nissan anunció planes para desarrollar vehículos de pila de combustible propulsados por etanol en lugar de hidrógeno . Nissan afirma que este enfoque técnico sería más barato y que sería más fácil implementar la infraestructura de abastecimiento de combustible que una infraestructura de hidrógeno. [53] El vehículo incluiría un tanque que contiene una mezcla de agua y etanol, que se alimenta a un reformador a bordo que lo divide en hidrógeno y dióxido de carbono. Luego, el hidrógeno se introduce en una pila de combustible de óxido sólido . Según Nissan, el combustible líquido podría ser una mezcla de etanol y agua en una proporción de 55:45. [53]
En 2020 [actualizar], se utilizaban 5.648 autobuses de pila de combustible de hidrógeno en todo el mundo, el 93,7% de ellos en China . [54]
Desde finales de la década de 1980, la preocupación por las emisiones de diésel de los autobuses llevó a experimentar con pilas de combustible para alimentarlos. Después de los experimentos iniciales con pilas de combustible de ácido fosfórico , a finales de los años 1990 se probaron en las ciudades autobuses con pilas de combustible propulsados por hidrógeno. [55] En la década de 2000, los autobuses entraron en servicio de prueba en ciudades de todo el mundo; La Unión Europea apoyó el proyecto de investigación Transporte urbano limpio para Europa . [56]
En la década de 2010, la introducción comercial de autobuses con pila de combustible de hidrógeno ya estaba en marcha en todo el mundo. [57] [58] Sin embargo, muchos operadores de transporte estaban comprando autobuses eléctricos de batería , ya que eran más baratos de operar y comprar. [59] Sin embargo, los autobuses eléctricos con batería carecían de autonomía en comparación con los autobuses diésel, tardan en cargarse (a menudo durante la noche, en comparación con los autobuses con pila de combustible de hidrógeno, que se pueden recargar rápidamente) y tienen un almacenamiento de energía reducido en climas fríos. Algunas empresas han propuesto utilizar la pila de combustible como extensor de autonomía , combinándola con una batería más grande o un supercondensador . [60]
Históricamente, los autobuses de pila de combustible de hidrógeno han sido significativamente más caros de comprar y operar que los autobuses diésel, híbridos o eléctricos. [55] [59] En los últimos años, los costos se han reducido a niveles comparables con los autobuses diésel. [61]
Actualmente, varios fabricantes de autobuses están produciendo autobuses con pila de combustible de hidrógeno. [62] [63] [64] Los fabricantes de autobuses suelen trabajar con un proveedor de pilas de combustible de hidrógeno para alimentar el autobús, como Ballard Power Systems o Toyota . [62] [63]
Una carretilla elevadora de pila de combustible (también llamada carretilla elevadora de pila de combustible o carretilla elevadora de pila de combustible) es una carretilla elevadora industrial propulsada por pila de combustible que se utiliza para levantar y transportar materiales. La mayoría de las pilas de combustible utilizadas en las carretillas elevadoras funcionan con pilas de combustible PEM . [sesenta y cinco]
En 2013, se utilizaron más de 4000 carretillas elevadoras de pila de combustible en el manejo de materiales en los EE. UU. [66] de las cuales 500 recibieron financiación del DOE (2012). [67] [68] 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. [69]
Las carretillas elevadoras PEM propulsadas por pilas de combustible ofrecen ventajas significativas sobre las carretillas elevadoras propulsadas por petróleo, ya que no producen emisiones locales. Las carretillas elevadoras de pila de combustible pueden trabajar durante un turno completo de 8 horas con un solo tanque de hidrógeno, pueden repostarse en 3 minutos y tienen una vida útil de 8 a 10 años. Las carretillas elevadoras propulsadas por pilas de combustible se utilizan a menudo en almacenes frigoríficos, ya que su rendimiento no se ve degradado por las temperaturas más bajas. [70] En el diseño, las unidades FC a menudo se fabrican como reemplazos directos. [71] [72]
En 2005, la empresa británica Intelligent Energy produjo la primera motocicleta funcional impulsada por hidrógeno llamada ENV (Emission Neutral Vehicle). Tiene suficiente combustible para funcionar durante cuatro horas y recorrer 160 km (100 millas) en una zona urbana, a una velocidad máxima de 80 km/h (50 mph). [73] Hay otros ejemplos de bicicletas [74] y bicicletas [75] con un motor de pila de combustible de hidrógeno. El Suzuki Burgman recibió la homologación de "tipo de vehículo completo" en la UE. [76] La PHB era una bicicleta de hidrógeno con motor eléctrico. Debutó en Shanghai en 2008, [77] pero se suspendió debido a la falta de servicios de combustible de hidrógeno. Su predecesora fue una bicicleta de hidrógeno llamada Palcan, con sede en Vancouver , Canadá. [78]
Investigadores de Boeing y socios industriales de toda Europa realizaron pruebas de vuelo experimentales en febrero de 2008 de un avión tripulado propulsado únicamente por una pila de combustible y baterías ligeras . El avión demostrador de pila de combustible, como se le llamó, utilizaba un sistema híbrido de pila de combustible y batería de iones de litio de membrana de intercambio de protones (PEM) para alimentar un motor eléctrico, que estaba acoplado a una hélice convencional. [79] En 2003, voló el primer avión propulsado por hélice del mundo propulsado íntegramente por una pila de combustible. La pila de combustible tenía un diseño único de pila FlatStack que permitía integrar la pila de combustible con las superficies aerodinámicas del avión. [80]
Ha habido varios vehículos aéreos no tripulados (UAV) propulsados por pilas de combustible. Un UAV de celda de combustible Horizon estableció la distancia récord recorrida por un UAV pequeño en 2007. [81] El ejército está especialmente interesado en esta aplicación debido al bajo nivel de ruido, la baja firma térmica y la capacidad de alcanzar gran altitud. En 2009, el Ion Tiger del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) utilizó una pila de combustible alimentada por hidrógeno y voló durante 23 horas y 17 minutos. [82] Boeing está completando pruebas en el Phantom Eye, un avión de gran altitud y larga resistencia (HALE) que se utilizará para realizar vuelos de investigación y vigilancia a 20.000 m (65.000 pies) durante hasta cuatro días seguidos. [83] Las pilas de combustible también se están utilizando para proporcionar energía auxiliar a las aeronaves, reemplazando los generadores de combustibles fósiles que se utilizaban anteriormente para arrancar los motores y alimentar las necesidades eléctricas a bordo. [83] Las pilas de combustible pueden ayudar a los aviones a reducir las emisiones de CO 2 y otros contaminantes y el ruido.
El primer barco de pila de combustible HYDRA del mundo utilizó un sistema AFC con una potencia neta de 6,5 kW. Por cada litro de combustible consumido, el motor fueraborda promedio produce 140 veces menos [ cita necesaria ] que los hidrocarburos producidos por el automóvil moderno promedio. Los motores de pila de combustible tienen una mayor eficiencia energética que los motores de combustión y, por lo tanto, ofrecen una mejor autonomía y emisiones significativamente reducidas. [84] Ámsterdam introdujo su primer barco propulsado por pila de combustible en 2011 que transporta personas por los canales de la ciudad. [85]
La primera aplicación sumergible de pilas de combustible es el submarino alemán Tipo 212 . [86] Cada Tipo 212 contiene nueve pilas de combustible PEM, repartidas por todo el barco, que proporcionan entre 30 kW y 50 kW cada una de potencia eléctrica. [87] Esto permite que el Tipo 212 permanezca sumergido por más tiempo y los hace más difíciles de detectar. Los submarinos propulsados por pilas de combustible también son más fáciles de diseñar, fabricar y mantener que los submarinos de propulsión nuclear. [88]
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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. [89] Se construyeron 83 millas de vías para el nuevo vehículo en siete ciudades chinas. China tenía planes de gastar 200.000 millones de yuanes (32.000 millones de dólares) durante los próximos cinco años para aumentar las vías del tranvía a más de 1.200 millas. [90]
En 2016, Alstom presentó el Coradia iLint , un tren regional propulsado por pilas de combustible de hidrógeno. Fue diseñado para alcanzar los 140 kilómetros por hora (87 mph) y viajar de 600 a 800 kilómetros (370 a 500 millas) con un tanque lleno de hidrógeno. [91] El tren entró en servicio en Alemania en 2018 y se espera que sea probado en los Países Bajos a partir de 2019. [92]
El fabricante suizo Stadler Rail firmó un contrato en California para suministrar en 2024 un tren de pila de combustible de hidrógeno en EE.UU., el tren FLIRT H2, como parte del servicio de trenes de cercanías Arrow . [93]
Para aplicaciones de transporte como camiones de larga distancia, las pilas de combustible son una solución potencial para el transporte con cero emisiones. Un estudio de 2022 en la revista Energies cita tiempos de repostaje relativamente rápidos en comparación con los tiempos de carga de los camiones eléctricos y las limitaciones actuales de la densidad energética de las baterías, pero señalan que las "limitaciones operativas" incluyen la "alta cantidad de emisiones de CO2 [causadas por] la producción de hidrógeno". ", la falta de infraestructuras de almacenamiento y repostaje, las fugas de H2 y los problemas de seguridad, y las "pérdidas de eficiencia en la compresión, el almacenamiento y la dispensación", . [94]
En 2020, Hyundai comenzó a fabricar camiones de carga de 34 toneladas propulsados por hidrógeno bajo el nombre de modelo XCIENT, realizando un envío inicial de 10 de los vehículos a Suiza. Son capaces de viajar 400 kilómetros (250 millas) con el tanque lleno y tardan de 8 a 20 minutos en llenarse. [95]
En 2022, Total Transportation Services (TTSI), Toyota Logistics Services (TLS), UPS y Southern Counties Express (SCE) operarán un "proyecto de costa a tienda (S2S)" de 12 meses de duración que ejecutará camiones con pila de combustible de hidrógeno en sus viajes. desde los puertos del área de Los Ángeles. [96] [97] El prototipo de hidrógeno Kenworth T680 utilizado en Los Ángeles y Long Beach se presentó en 2018 y también se probó en el área de Seattle. [98]
Eberle y Rittmar von Helmolt declararon en 2010 que aún quedan desafíos antes de que los automóviles de pila de combustible puedan volverse competitivos con otras tecnologías y citan la falta de una infraestructura de hidrógeno extensa en los EE. UU.: [99] En julio de 2020 [actualizar], había 43 estaciones de servicio de hidrógeno de acceso público en Estados Unidos, 41 de los cuales estaban ubicados en California. [18] En 2013, el gobernador Jerry Brown firmó el AB 8, un proyecto de ley para financiar 20 millones de dólares al año durante 10 años para construir hasta 100 estaciones. [100] En 2014, la Comisión de Energía de California financió 46,6 millones de dólares para construir 28 estaciones. [101]
Japón obtuvo su primera estación de servicio de hidrógeno comercial en 2014. [102] En marzo de 2016, Japón tenía 80 estaciones de servicio de hidrógeno, y el gobierno japonés pretende duplicar este número a 160 para 2020. [103] En mayo de 2017, había 91 estaciones de servicio de hidrógeno. estaciones de servicio en Japón. [104] Alemania tenía 18 estaciones públicas de abastecimiento de hidrógeno en julio de 2015. El gobierno alemán esperaba aumentar este número a 50 para finales de 2016, [105] pero solo 30 estaban abiertas en junio de 2017. [106]
Según los reglamentos técnicos globales de las Naciones Unidas para vehículos de ruedas, específicamente con respecto al uso de hidrógeno, existen estándares internacionales que definen aspectos de ingeniería e integridad general, rendimiento, seguridad, ciclo de vida de las piezas y varias otras categorías. Un área notable de estas regulaciones es la relativa a los sistemas de almacenamiento de hidrógeno comprimido que normalmente alcanzan el final de su vida útil calificada con 15 años o menos de uso. [107]
En 2003, el presidente estadounidense George Bush propuso la Iniciativa sobre Combustible de Hidrógeno (HFI). El HFI tenía como objetivo seguir desarrollando tecnologías de infraestructura y pilas de combustible de hidrógeno para acelerar la introducción comercial de vehículos de pila de combustible. Hasta 2008, Estados Unidos había aportado 1.000 millones de dólares a este proyecto. [108] En 2009, Steven Chu , entonces Secretario de Energía de Estados Unidos , afirmó que los vehículos de hidrógeno "no serán prácticos en los próximos 10 a 20 años". [109] [110] En 2012, sin embargo, Chu declaró que consideraba que los automóviles de pila de combustible eran más viables económicamente ya que los precios del gas natural habían caído y las tecnologías de reformado de hidrógeno habían mejorado. [111] [112] En junio de 2013, la Comisión de Energía de California otorgó 18,7 millones de dólares para estaciones de servicio de hidrógeno. [113] En 2013, el gobernador Brown firmó el AB 8, un proyecto de ley para financiar 20 millones de dólares al año durante 10 años para hasta 100 estaciones. [100] En 2013, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció la planificación de hasta 4 millones de dólares para el "desarrollo continuo de sistemas avanzados de almacenamiento de hidrógeno". [114] El 13 de mayo de 2013, el Departamento de Energía lanzó H2USA, que se centra en el avance de la infraestructura de hidrógeno en los EE. UU. [115]
En 2010, los avances en la tecnología de pilas de combustible habían reducido el tamaño, el peso y el coste de los vehículos eléctricos de pila de combustible. [116] En 2010, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) estimó que el costo de las pilas de combustible para automóviles había caído un 80% desde 2002 y que dichas pilas de combustible podrían potencialmente fabricarse por 51 dólares/kW, suponiendo un ahorro de costes de fabricación en gran volumen. [117] Se han producido vehículos eléctricos de pila de combustible con "una autonomía de conducción de más de 400 kilómetros entre repostajes". [117] Se pueden repostar en menos de 5 minutos. [118] Los autobuses de pila de combustible desplegados tienen una economía de combustible un 40% mayor que los autobuses diésel. [116] El Programa de Tecnologías de Pilas de Combustible de EERE afirma que, a partir de 2011, las pilas de combustible alcanzaron una eficiencia del 42 al 53% en vehículos eléctricos de pila de combustible a plena potencia, [116] y una durabilidad de más de 75.000 millas con menos del 10% de voltaje. degradación, el doble de lo logrado en 2006. [117] En 2012, Lux Research, Inc. publicó un informe que concluía que "el costo de capital... limitará la adopción a tan solo 5,9 GW" para 2030, lo que representa "una barrera casi insuperable para adopción, excepto en aplicaciones de nicho". El análisis de Lux concluyó que para 2030, las aplicaciones de pilas de combustible estacionarias PEM alcanzarán los mil millones de dólares, mientras que el mercado de vehículos, incluidas las carretillas elevadoras de pilas de combustible , alcanzará un total de 2 mil millones de dólares. [119]
En septiembre de 2023, el hidrógeno costaba 36 dólares por kilogramo en las estaciones de carga públicas de California, 14 veces más por milla para un Mirai que para un Tesla Model 3. [120] El precio medio en Alemania en 2023 es de 12,5 euros por kg. [121]
El impacto medioambiental de los vehículos de pila de combustible depende de la energía primaria con la que se produjo el hidrógeno. Los vehículos de pila de combustible sólo son respetuosos con el medio ambiente cuando el hidrógeno se produce con energía renovable . [122] Si este es el caso, los coches de pila de combustible pueden ser más limpios y más eficientes que los coches de combustibles fósiles. Sin embargo, no son tan eficientes como los vehículos eléctricos de batería que consumen mucha menos energía. [123] Por lo general, un automóvil de pila de combustible consume 2,4 veces más energía que un automóvil eléctrico de batería, porque la electrólisis y el almacenamiento de hidrógeno son mucho menos eficientes que usar electricidad para cargar directamente una batería. [122] Además, un estudio de 2023 realizado por el Centro para la Investigación Internacional 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. [124]
En 2009, los vehículos de motor utilizaban la mayor parte del petróleo consumido en Estados Unidos y producían más del 60% de las emisiones de monóxido de carbono y alrededor del 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos; sin embargo, la producción de hidrógeno para hidrocraqueo se utiliza en la producción de gasolina, dijo el jefe entre sus usos industriales, fue responsable de aproximadamente el 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero de toda la flota. [125] Un vehículo alimentado con hidrógeno puro emite pocos contaminantes en el tubo de escape, produciendo principalmente agua y calor, aunque la producción de hidrógeno crearía contaminantes a menos que el hidrógeno utilizado en la pila de combustible se produjera utilizando únicamente energía renovable. [126]
En 2006, Ulf Bossel afirmó que la gran cantidad de energía necesaria para aislar el hidrógeno de los compuestos naturales (agua, gas natural, biomasa), empaquetar el gas ligero por compresión o licuefacción, transferir el portador de energía al usuario, más la energía perdida cuando se convierte en electricidad útil con pilas de combustible, deja alrededor del 25% para uso práctico". [127] Richard Gilbert, coautor de Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil (2010), comenta de manera similar que producir gas hidrógeno termina " Esto significa que sólo una cuarta parte de la energía inicialmente disponible llega al motor eléctrico"... Estas pérdidas en La conversión no se compara bien con, por ejemplo, la recarga de un vehículo eléctrico (EV) como el Nissan Leaf o el Chevy Volt desde un enchufe de pared". [128] [129] Un análisis de pila de combustible de hidrógeno de 2010 desde el pozo hasta las ruedas Un informe de vehículos del Laboratorio Nacional Argonne afirma que las vías renovables de H2 ofrecen beneficios de gases de efecto invernadero mucho mayores. [130] Este resultado ha sido confirmado recientemente. [122] En 2010, una publicación sobre pozos a ruedas del Departamento de Energía de EE. UU. asumió que la eficiencia del único paso de comprimir hidrógeno a 6250 psi (43,1 MPa) en la estación de servicio es del 94%. [131] Un estudio de 2016 publicado en la edición de noviembre de la revista 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 baterías totalmente eléctricas es una opción más económica para reducir las emisiones de carbono". emisiones de dióxido de carbono, principalmente debido a su menor costo y su eficiencia energética significativamente mayor ". [132]
En 2008, el profesor Jeremy P. Meyers, en la revista Interface de la Sociedad Electroquímica , escribió que las pilas de combustible "no son tan eficientes como las baterías, debido principalmente a la ineficiencia de la reacción de reducción de oxígeno... [E]n tienen más sentido para funcionamiento desconectado de la red, o cuando se puede suministrar combustible de forma continua. Para aplicaciones que requieren arranques frecuentes y relativamente rápidos... donde las cero emisiones son un requisito, como en espacios cerrados como almacenes". [133] También 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, el combustible Las células están desviando recursos de soluciones más inmediatas". [134] En 2008, Robert Zubrin , autor de Energy Victory , dijo: "El hidrógeno es 'prácticamente el peor combustible posible para vehículos ' ". [135] Si se pudiera producir hidrógeno utilizando energía renovable, "seguramente sería más fácil simplemente usar esta energía para cargar las baterías de vehículos totalmente eléctricos o híbridos enchufables ". [135] Los Angeles Times escribió en 2009: "Se mire como se mire, el hidrógeno es una pésima forma de mover automóviles". [136] El Washington Post preguntó en noviembre de 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 del enchufes por toda América y almacenados en baterías de automóviles...?" [137]
The Motley Fool declaró en 2013 que "todavía existen obstáculos de costos prohibitivos [para los automóviles de hidrógeno] relacionados con el transporte, el almacenamiento y, lo más importante, la producción". [138] 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". [139]
En 2014, el futurista energético y automotriz eléctrico Julian Cox escribió que producir hidrógeno a partir de metano "requiere significativamente más carbono por unidad de energía que el carbón. Confundir el hidrógeno fósil procedente de la fracturación hidráulica de esquisto con una vía energética ambientalmente sostenible amenaza con fomentar políticas energéticas que "Diluirá y potencialmente descarrilará los esfuerzos globales para evitar el cambio climático debido al riesgo de desviar la inversión y el enfoque de tecnologías de vehículos que son económicamente compatibles con la energía renovable". [140] En 2014, el ex funcionario del Departamento de Energía, Joseph Romm, concluyó que la energía renovable no puede utilizarse económicamente para producir hidrógeno para una flota de FCV "ni ahora ni en el futuro". [141] El analista de GreenTech Media llegó a conclusiones similares en 2014. [142] En 2015, Clean Technica enumeró algunas de las desventajas de los vehículos con pila de combustible de hidrógeno. [143] [144]
Un análisis de 2017 publicado en Green Car Reports encontró que los mejores vehículos con celda 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... Considerando todos los obstáculos y requisitos para 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. [104] En 2017, Michael Barnard, escribiendo en Forbes , enumeró las continuas desventajas de los automóviles con celda de combustible de hidrógeno y concluyó que "alrededor de 2008, estaba muy claro que el hidrógeno era y sería inferior a la tecnología de baterías como almacenamiento de energía para vehículos. [Para 2025, los últimos que se resisten probablemente deberían estar retirando sus sueños de pilas de combustible”. [145] Un vídeo de 2019 de Real Engineering señaló que el uso de hidrógeno como combustible para 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 de 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 ocho veces más que la electricidad necesaria para mover un BEV la misma distancia. [146] 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". [48]
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%. [147] [148] 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. [51] Un estudio de 2022 en Nature Electronics estuvo de acuerdo. [149]
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Las solicitudes de patentes de pilas de combustible en el área de las pilas de combustible de hidrógeno aumentaron en la década de 1960, en parte debido al programa espacial de la NASA ; Otro aumento en los años 80 fue impulsado por la investigación sobre automóviles. A esto le siguió un aumento en las solicitudes de solicitudes entre 2000 y 2005 por parte de inventores en Japón, Estados Unidos y Corea del Sur. Desde entonces, China ha dominado las solicitudes de patentes en este campo, con un número menor en Japón, Alemania, Corea del Sur y Estados Unidos. [150] Entre 2016 y 2020, las presentaciones anuales, en particular de solicitudes de transporte, aumentaron otro 23%. [151] [152]
Casi el 80% de las patentes en el ámbito de las pilas de combustible para el transporte fueron presentadas por empresas automovilísticas. [153] El mundo académico colabora activamente con la industria. [154] Aunque predominan las solicitudes relacionadas con vehículos de carretera, como automóviles y camiones, están aumentando las invenciones en otras áreas como el transporte marítimo, la aviación, el ferrocarril y otros vehículos especiales. [155] Airbus , un importante fabricante de aviones, ha aumentado su actividad de patentamiento en el área desde 2019. [156] El número de patentes de pilas de combustible para aplicaciones de transporte marítimo es comparable en tamaño al de la aviación y su crecimiento es igualmente lento. [154]
Un informe de 2022 de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual sostiene que debido a que los vehículos pesados, como los vehículos de construcción , los montacargas y los remolcadores de aeropuertos requieren una carga útil mayor, la alta densidad energética del hidrógeno puede hacer que las celdas de combustible sean una solución más ventajosa que las aplicaciones de baterías. [156]
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