¿Puede un coche con una pila de hidrógeno cambiar el futuro de la movilidad sostenible?
De su tubo de escape solo sale vapor de agua. Los vehículos de hidrógeno no generan emisiones y pueden ser una alternativa para una movilidad más sostenible y un transporte descarbonizado. Su futuro todavía está lleno de retos. El principal es producir el hidrógeno con energías renovables.
A orillas del río Arakawa, a un centenar de kilómetros del monte Fuji, un par de coches esperan su turno para llenar el depósito en JHFC Senju. La escena podría parecer normal, uno de tantos momentos de repostaje que se repiten por millones alrededor del mundo. Pero luego los coches arrancan y no hay ruido ni se emite humo. Del tubo de escape solo sale vapor de agua.
La estación de JHFC Senju es una hidrogenera, una de las casi 150 que tiene Japón en la llamada autopista del hidrógeno, según los datos del Ministerio de Economía, Comercio e Industria del país. El estado nipón es uno de los que más fuerte está apostando por el despegue de los vehículos de hidrógeno como alternativa de movilidad sostenible para descarbonizar el sector del transporte.
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De acuerdo con un estudio del Instituto Francés para las Relaciones Internacionales, Japón quiere tener 200.000 vehículos de hidrógeno en sus carreteras antes de 2025. También pretende superar los 800.000 a finales de la década. Los objetivos son más que optimistas, teniendo en cuenta que en la actualidad se han vendido menos de 4.000 coches de hidrógeno en este país. Hay que tener en cuenta que Japón es el primero en el que se comercializó uno de estos vehículos, el Toyota Mirai, en 2014.
El coche de hidrógeno no para de crecer
Desde entonces, la tecnología alrededor de un vehículo que no genera gases de efecto invernadero (GEI) ni contamina el aire ha avanzado mucho. Mientras, en el lado de la producción del hidrógeno, la descarbonización es menos evidente. Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA), casi todo el hidrógeno que hoy se produce en el mundo se genera a partir de gas natural y de carbón.
Partiendo de esta base, en el último año, las principales economías del planeta han apostado por reconducir el camino de este vector energético y convertir el llamado hidrógeno verde (producido a partir de renovables) en la fuente principal de hidrógeno. “El vehículo de hidrógeno no genera emisiones. Pero lo que se busca ahora es que no solo sea un proceso limpio del tanque a la rueda, sino también del pozo al tanque”, explica Carlos Merino, jefe de la unidad de aplicaciones del Centro Nacional del Hidrógeno en España.
La tecnología, tanto a nivel vehículo como a nivel producción de hidrógeno, está lista. La promesa de una transición energética efectiva y un transporte descarbonizado está sobre la mesa. Sin embargo, el futuro de los coches de hidrógeno todavía está lleno de retos. ¿Son realmente una alternativa para la movilidad sostenible?
¿Cómo funcionan los coches de hidrógeno?
Los vehículos de combustión interna de hidrógeno son propulsados por motores alternativos de combustión en los que se usa como combustible hidrógeno o una mezcla de hidrocarburos e hidrógeno. Por otro lado, los de autonomía extendida son vehículos eléctricos de batería que están equipados con un sistema de almacenamiento de hidrógeno y pila de combustible que permite recargar la batería.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que, al hablar de coches de hidrógeno estamos hablando, en realidad, de varias tecnologías diferentes que tienen como punto de encuentro este elemento químico, el más ligero y sencillo que existe en el universo. “Tenemos los que utilizan hidrógeno en un motor de combustión modificado, los vehículos de autonomía extendida basados en hidrógeno y los vehículos de pila de combustible”, señala Merino.
Tipos de coches de hidrógeno
Los más habituales son los vehículos de pila de combustible. ¿Puede un coche con una pila de hidrógeno cambiar el futuro de la movilidad sostenible? Hoy por hoy, todos los modelos comerciales en el mercado son de este tipo. “La pila de combustible es un dispositivo electroquímico, un dispositivo que aprovecha la reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno. El oxígeno de la atmósfera entra en el dispositivo, reacciona con el hidrógeno y se obtiene agua, electricidad y calor. A partir de aquí, el vehículo funciona como cualquier otro vehículo electrificado”, explica Carlos Merino.
La pila del coche de hidrógeno
Aunque existen varios tipos de pilas de combustible, las más habituales para usos de transporte son las de membrana de polímero electrolítico. Tal como explican desde la oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables de EE. UU., el funcionamiento de estas pilas de membrana se puede resumir de la siguiente manera:
- El hidrógeno se canaliza al ánodo de la pila (el polo negativo) y el oxígeno al cátodo.
- En el ánodo, un catalizador separa los átomos en iones de hidrógeno positivos y electrones.
- La membrana frena los electrones, que viajan por un circuito externo hasta el cátodo, creando la corriente eléctrica necesaria para impulsar el motor.
- Mientras, los iones positivos, que sí atraviesan la membrana, se combinan con el oxígeno en el cátodo para formar vapor de agua.
Así, en lo que respecta al interior del vehículo, el proceso es fundamentalmente limpio. Las pilas de hidrógeno son capaces de generar electricidad suficiente como para mover el motor y crean, como único subproducto, calor y agua. “Además de las ventajas a nivel emisiones, los vehículos de hidrógeno tienen tiempos de repostaje y rangos de alcance o autonomía similares a los de los vehículos de combustión actuales”, añade Carlos Merino.
“Son silenciosos y usan una tecnología muy escalable que no utiliza combustibles importados, ya que el hidrógeno se puede producir en casi cualquier lugar a partir de energías renovables”, continúa el investigador. “El vehículo de hidrógeno no tiene por qué ser la tecnología que se imponga al resto, pero sí va a tener un papel muy importante para la descarbonización del transporte pesado. Si queremos usar vehículos ligeros para recorrer pocos kilómetros, ahora mismo los eléctricos de batería son más ventajosos. Pero conforme aumenta el peso y la distancia, el hidrógeno empieza a mostrar sus ventajas”.
Los retos y el futuro del hidrógeno verde
Las emisiones de gases de efecto invernadero están cambiando el clima del planeta. Desde finales del siglo XIX, la temperatura media ha aumentado más de 1,2 grados Celsius, un incremento que ha venido acompañado, entre otras consecuencias, de picos de calor considerables en buena parte del mundo, el derretimiento de los hielos perennes o eventos naturales más intensos y recurrentes, según los datos de la NASA.
Un número cada vez mayor de países se han propuesto acabar con las emisiones de estos gases y, sobre todo, de dióxido de carbono antes de mitad de siglo. Reducirlas pasa en gran medida por cambiar la forma en que producimos y consumimos energía. De acuerdo con el World Resource Institute, cerca del 75 % de las emisiones se relacionan con la energía. Y el 16,2 % tiene que ver directamente con el transporte.
Los defensores del hidrógeno ven en este vector energético una forma rápida de abandonar los combustibles fósiles sin alterar las bases del sistema productivo y de consumo. Según la Asociación Canadiense del Hidrógeno, apostar por los vehículos de hidrógeno permitiría eliminar las emisiones asociadas a la movilidad y reducir en gran medida aquellas asociadas a la producción de coches. Además, permitiría desarrollar vehículos más ligeros (en comparación con los que llevan baterías) y avanzar hacia un transporte eficiente tanto en turismos como en camiones, autobuses o trenes.
“Las tecnologías del vehículo de hidrógeno han alcanzado ya el nivel de madurez necesario para que haya un despliegue masivo. Ahora mismo, los mayores retos pasan por avanzar en la regulación y en ampliar la infraestructura de repostaje”, señala Carlos Merino. “Mientras el vehículo de batería te permite recargarlo en cualquier enchufe, el de hidrógeno necesita una infraestructura de repostaje: las hidrogeneras”.
Sin embargo, el gran reto para convertir el coche de hidrógeno en una opción sostenible, tanto desde el punto de vista medioambiental como económico, es precisamente la producción del gas. Si lo que se busca es que el transporte no genere emisiones de efecto invernadero, la producción del combustible tampoco puede causar dichas emisiones.
Esto implica el uso masivo de energías renovables para producir hidrógeno, algo de lo que todavía estamos lejos. Según el informe The Future of hydrogen de la Agencia Internacional de la Energía, alrededor del 0,1 % del hidrógeno se produce actualmente mediante la electrólisis del agua a partir de energías limpias, aunque la agencia reconoce que el apoyo público de los últimos años podría hacer despegar al hidrógeno verde en la próxima década.
Desventajas de usar pilas de hidrógeno como combustible
Por otro lado, la producción de hidrógeno con energías renovables tiene, hoy por hoy, un problema de eficiencia. Tal como explica Tom Baxter, profesor honorario de ingeniería química de la Universidad de Aberdeen (Reino Unido), de cada 100 unidades de energía producida mediante renovables, la conversión a hidrógeno mediante electrólisis aprovecha solo 75. El gas resultante debe comprimirse, enfriarse y transportarse a la hidrogenera, un proceso que tiene una eficiencia del 90 %.
Una vez en el tanque del vehículo, el hidrógeno vuelve a convertirse en electricidad mediante un proceso que tiene una eficiencia de alrededor del 60 %. Y los motores eléctricos, estos sí muy eficientes, aprovechan el 95 % de esa energía. Es decir, el vehículo solo acaba usando el 38% de la electricidad generada en las turbinas eólicas o en los paneles solares. En el mismo proceso para vehículos con baterías, sostiene Baxter, solo se pierde el 20 % de la energía.
Además, distribuir y almacenar hidrógeno a gran escala tiene también sus desafíos. El hidrógeno es un gas muy ligero, difícil de contener en estado gaseoso, por lo que también se producen pérdidas si se almacena durante mucho tiempo. De acuerdo con el informe Hydrogen economy outlook de Bloomberg NEF, solo si quisiéramos sustituir el gas natural por hidrógeno (sin contar con el transporte) habría que invertir más de 600.000 millones de dólares en infraestructuras de almacenamiento eficientes antes de mediados de siglo.
Aun así, como señala el informe, si la demanda de vehículos de hidrógeno aumenta, los costes de las tecnologías bajarán y las inversiones necesarias pueden acabar compensando. “Para que despegue el mercado, la principal barrera ahora mismo es la falta de infraestructuras”, concluye Carlos Merino. “En el pasado, otra barrera importante era el apoyo público, pero ahora existe una apuesta muy clara a nivel europeo por todas cualquier tecnología que permita la reducción de emisiones en el transporte”.
La opinión de los fabricantes de coches de hidrógeno
¿Y qué dicen los fabricantes? En la actualidad, Hyundai, Toyota y Honda son las únicas que comercializan turismos de hidrógeno. Otras marcas, como BMW o Mercedes también cuentan con prototipos y han apostado públicamente por la pila de hidrógeno como alternativa para la movilidad sostenible. Y otras, con Volkswagen como caso más claro, apuestan por los turismos de batería y no ven futuro en la movilidad con hidrógeno.
De vuelta al presente, la gran mayoría de los vehículos registrados en Europa están impulsado por combustibles fósiles, según el último informe de la Asociación de Fabricantes de Automóviles Europeos. Además, los vehículos alternativos, que en 2022 supusieron ya el 13,7% de las ventas europeas, son, fundamentalmente, híbridos enchufables y turismos a batería. Según el Observatorio de Pilas de Combustible e Hidrógeno, el año pasado se vendieron alrededor de 3.900 vehículos de hidrógeno en todo el mundo.
Los próximos años serán fundamentales para conocer el verdadero alcance de los vehículos de hidrógeno en la necesaria descarbonización del transporte. Las pilas de combustible quizá no sean la solución definitiva para avanzar hacia una movilidad sostenible, pero por ahora se mantienen como una de las alternativas a tener en cuenta.
