¿Son las pilas de combustible de hidrógeno el futuro de los vehículos eléctricos?

La adopción de vehículos eléctricos de batería (BEV) en América del Norte parece haber tenido un problema. Con malos valores de reventa, costosos costos de reparacióny una infraestructura rezagada, las ventas se han ralentizado – notablemente. Incluso se han producido cambios de decisión por parte de grandes empresas de alquiler como Hertz, que han decidido deshacerse de una gran parte de los vehículos eléctricos de su flota, volviendo a sus homólogos con motor de combustión interna (ICE).

Si bien este puede ser el caso, sería una locura pensar que la transición desde algo tan omnipresente como el ICE se produciría sin problemas. Siempre habría contratiempos y siempre se plantearían preguntas válidas a lo largo del camino en torno a los méritos de los vehículos eléctricos.

En definitiva, la transición hacia los vehículos eléctricos no es solo un deseo de unos pocos, sino una necesidad de muchos en la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, si la generación actual de vehículos eléctricos no está a la altura, ¿qué otras opciones tenemos? Para muchos, la respuesta es una que se ha meditado durante años y que recientemente ha experimentado avances cruciales: los vehículos eléctricos de hidrógeno (VEH).

Mejora de la durabilidad de las pilas de combustible de hidrógeno

En un reciente Estudio¹, un equipo de investigación conjunto compuesto por científicos de las universidades nacionales de Harvard y Incheon detalló un nuevo enfoque para construir celdas de combustible de hidrógeno que daría como resultado una mayor durabilidad y vida útil.

Más específicamente, el estudio vio el desarrollo de un "Categoría de membranas de electrolitos resistentes a la fatiga, que consisten en una red interpenetrante de Nafion y perfluoropoliéter (PFPE)". Cuando se utiliza, se observó que la fatiga típica, que se presenta como fracturas por tensión que ocurren durante el uso regular de las pilas de combustible, podría reducirse considerablemente.

Al incorporar el material en membranas de electrolitos dentro de una celda de combustible, el estudio demostró que elevaba la “…el umbral de fatiga en un 175% y extiende la vida útil de la pila de combustible en 1.7 veces. Además, la membrana Nafion no modificada exhibe una vida útil de 242 horas, mientras que se observó que la membrana compuesta tenía una vida útil de 410 horas”.

Si bien el equipo observó que la introducción de este material redujo ligeramente el rendimiento de las celdas de combustible, la asombrosa mejora en durabilidad y longevidad es claramente una compensación que vale la pena. De cara al futuro, si se espera que las celdas de combustible de hidrógeno sustituyan a sus contrapartes de baterías en el sector de los vehículos eléctricos, estos son los tipos de avances necesarios. Sin embargo, es importante recordar que la mejor tecnología no siempre triunfa. La ventaja del pionero es real, y los vehículos eléctricos a batería están claramente a la cabeza, a pesar de la reciente caída del mercado.

¿Qué son los vehículos eléctricos de hidrógeno (HEV)?

Un vehículo eléctrico es aquel que depende de motores propulsados ​​por electricidad en lugar de un motor impulsado por la combustión de combustible. Tal como están las cosas, la inmensa mayoría de los vehículos eléctricos utilizan paquetes de baterías pesadas para almacenar y entregar la electricidad necesaria para alimentar estos motores. Como se mencionó, hay otro enfoque de los vehículos eléctricos que parece estar ganando terreno: las celdas de combustible de hidrógeno.

En los vehículos eléctricos de hidrógeno (HEV), a veces llamados vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV), la electricidad necesaria para alimentar los motores se proporciona a través de una reacción electroquímica en la que el hidrógeno, almacenado como líquido o como gas comprimido, se divide en protones. y electrones. Todo el proceso funciona de la siguiente manera:

1. El hidrógeno almacenado en un tanque de alta presión se libera según demanda a una pila de combustible.
2. El hidrógeno introducido en la pila de combustible se divide en protones y electrones.
3. Los electrones se utilizan para impulsar motores, que luego impulsan las ruedas.
4. Los protones se combinan con el oxígeno del aire y producen dos subproductos: calor y vapor de agua.

Curiosamente, unos pocos HEV híbridos utilizan un paquete de baterías más pequeño para capturar la energía perdida mediante el frenado regenerativo, combinando lo mejor de ambos mundos.

¿Cuál es el atractivo del hidrógeno?

Los atractivos detrás de los vehículos HEV son variados pero sustanciales, aunque también lo son los vehículos eléctricos que funcionan con baterías. Entonces, si bien las variantes alimentadas por baterías dominan actualmente el mercado, de ninguna manera han sido declaradas como el enfoque ganador. De hecho, cada uno de los siguientes factores apunta a que los HEV son superiores de alguna manera.

Generación y Almacenamiento: Los paquetes de baterías suelen estar compuestos por materiales recolectados en grandes operaciones mineras invasivas que causan estragos en la Tierra, socavando la premisa de que su uso es bueno para el medio ambiente. El hidrógeno, por otro lado, puede capturarse mediante medios como la electrólisis sostenible y potencialmente reservas naturales.

Además, el hidrógeno se puede comprimir fácilmente hasta convertirlo en líquido y transportarlo sin problemas en grandes cantidades. No requiere líneas de transmisión desde el punto de creación, lo que flexibiliza el proceso.

Actuación: Desde el punto de vista del rendimiento, no existe una gran diferencia entre HEV y BEV. Ambos tipos de vehículos utilizan motores para impulsar sus ruedas motrices, lo que significa que ambos se beneficiarán del par instantáneo y la potencia sinónimo de esta tecnología.

Emisiones:  En el frente de las emisiones, podría decirse que el hidrógeno es mejor. Si bien técnicamente es un emisor secundario, solo implica vapor de agua que sale del tubo de escape. Mientras tanto, los BEV no producen ninguna emisión. Donde el hidrógeno se distingue es en el proceso de fabricación, ya que los paquetes de baterías a los que renuncia requieren una minería exhaustiva para su creación, lo que daña la Tierra en el proceso.

Repostaje: El reabastecimiento de combustible es uno de los mayores atractivos del hidrógeno, ya que es un factor que los usuarios finales afrontarán de primera mano de forma regular. Si bien los BEV generalmente requieren largos tiempos de carga e infraestructura especializada, los HEV pueden repostar tan rápido como un vehículo normal de gasolina o diésel.

Rango: Aunque la tecnología de las baterías está mejorando, para que un BEV tenga la misma autonomía que un ICE más tradicional, se requiere un paquete de baterías enorme. Esto da como resultado tiempos de carga más largos, una mayor huella ambiental y pérdidas de eficiencia debido al peso. El hidrógeno, por otro lado, cuenta con cifras de alcance típicamente a la par con el ICE, lo que elimina por completo la ansiedad por el alcance de la ecuación.

Climas fríos: Parte de la ansiedad por la autonomía que afecta a los propietarios de BEV se debe a la región. Muy pocos lugares cuentan con las condiciones climáticas ideales para un BEV, lo que resulta en una autonomía drásticamente reducida para muchos clientes. Si bien el hidrógeno pierde algo de alcance en climas fríos, no es tan dramático, lo que lo convierte en una opción más atractiva para muchos.

Como puede ver, existen varias áreas críticas en las que los HEV pueden superar a sus variantes de paquete de baterías. Donde empiezan a quedarse atrás es en la complejidad, la necesidad de modernizar la infraestructura de reabastecimiento de combustible existente y la posible llegada de baterías de estado sólido.

Actores de la industria que desarrollan soluciones de hidrógeno

La industria de los vehículos eléctricos puede estar experimentando algunos obstáculos en este momento, pero es evidente que son el futuro del transporte. Lo que no está tan claro es qué forma adoptarán. ¿Se alimentarán con baterías? ¿O dependerán de pilas de combustible de hidrógeno? Las siguientes dos empresas apuestan por esto último y ya han comenzado a planificar dicho futuro.

*Las cifras proporcionadas a continuación eran precisas al momento de escribir este artículo y están sujetas a cambios. Cualquier inversor potencial debe verificar las métricas*

1. Toyota

Como el mayor fabricante de automóviles del mundo, no debería sorprender que Toyota se haya aventurado en el mundo de los vehículos híbridos eléctricos (HEV). Curiosamente, mientras la compañía desarrolla activamente soluciones de baterías de estado sólido, Toyota se ha mostrado reacia a los vehículos eléctricos de batería actuales. En cambio, Toyota ha dejado claro que cree que un futuro más prometedor reside en los HEV e incluso en los motores de combustión de hidrógeno.

Cabe destacar que Toyota comenzó a desarrollar la tecnología HEV en 1992, hasta llegar al lanzamiento del “Mirai”, un sedán que contaba con una recarga de combustible de 5 minutos, una autonomía de 650 km y cero emisiones nocivas.

2. Enchufe

(PLUG )

Plug Power Inc., fundada en 1997 y con sede en Latham, Nueva York, sigue siendo un actor clave en el avance de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno. En particular, Plug Power no se centra únicamente en automóviles y camiones; la empresa diseña y fabrica dichos sistemas para instalaciones más pequeñas que utilizan motores eléctricos.

En los últimos años, Plug Power ha ampliado su enfoque más allá de las pilas de combustible para la manipulación de materiales y ha comenzado a abordar mercados más amplios. Esto incluye sistemas de energía estacionarios, flotas de vehículos de reparto e incluso posibles aplicaciones en la aviación. Las adquisiciones estratégicas de la compañía, como las de United Hydrogen y Giner ELX, han fortalecido aún más su posición en la economía del hidrógeno al mejorar sus capacidades de generación, licuefacción y distribución de hidrógeno.

Última Palabra

Ante los problemas de los vehículos eléctricos de batería, se está prestando más atención a las posibles alternativas. Tal como están las cosas, las soluciones de hidrógeno están a la cabeza del grupo y, aunque puede ser fácil descartar la tecnología a primera vista, recuerde que no es sólo Toyota la que impulsa el hidrógeno. Ya existen asociaciones y desarrollo de soluciones de hidrógeno que involucran a empresas como Honda, GM, Hyundai y más.

Dado que el acceso al hidrógeno de origen sostenible crece cada día, el futuro de los vehículos eléctricos puede parecer ligeramente diferente de lo que muchos creen.

Estudios referenciados:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, DY, Lee, WY, Choi, W., Kim, DJ, Lee, SH, Jeong, SK, Park, JH, Park, S. y Kim, JY (2024). Membranas electrolíticas resistentes a la fatiga para celdas de combustible de membrana electrolítica de polímero duraderas. Materiales avanzados, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}