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Vehículos eléctricos FCEL  pila de combustible de hidrógeno

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Actualmente los vehículos de pila de combustible son inasumibles para el ciudadano medio y cuestan el doble -o más- que un coche eléctrico. Cuando la distancia en precio se haya reducido, habrá otros problemas que resolver para su popularización en el mercado.

La pila de combustible de hidrógeno fue una de las tecnologías que permitió la llegada del hombre a la Luna. Permitió que los astronautas tuviesen agua dulce y electricidad. En el mundo del automóvil se ha experimentado con ellas durante los últimos 30 años, pero siguen lejos de ser una realidad comercial cotidiana.

Es cierto que hay algunos modelos de pila de combustible ya rodando y en manos de particulares -normalmente en régimen de leasing– como los Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo o el Mercedes-Benz GLC F-CELL. Siguen siendo demasiado caros por los materiales preciosos necesarios para las pilas.

A diferencia de los coches eléctricos, que cargan energía generada de forma externa, los de pila de combustible generan su propia energía a bordo a partir de hidrógeno y oxígeno del aire común.

Las celdas de combustible para la obtención de hidrógeno a través de la hidrólisis del agua son una realidad. Hidrólisis del H2O que se puede realizar con la electricidad generada por energías limpias y renovables como: placas fotovoltaicas o aerogeneradores.

El Motor se adentra en el universo de este gas probando el Hyundai Nexo. Visitamos el Centro Nacional del Hidrógeno y buscamos respuestas a las preguntas más habituales

Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz. El agua será el carbón del futuro”. La famosa frase de Julio Verne puede leerse completa [esto es un extracto] en La isla misteriosa, una novela publicada nada menos que en 1874.

Hoy en día, 145 años después, la profecía de Verne está más cerca de convertirse en realidad, al menos para el sector del transporte. Y así lo confirman en el CNH, el
Centro Nacional del Hidrógeno (Puertollano, Ciudad Real), que tiene la frase grabada en un mural, y también el Hyundai Nexo, el modelo con esta tecnología más avanzado del mercado, que se ha podido conducir y demuestra la madurez técnica y viabilidad práctica de esta solución.

Pronto podremos recorrer 600 km por 6 € con un vehículo eléctrico de pila de combustible de hidrógeno.

La tecnología avanza a un ritmo imparable, un grupo de investigadores han logrado un sistema de producción de Hidrógeno hasta 10 veces más baratos que los actuales.  Esto avances junto con el abaratamiento de las células de combustible y la implantación de hidrogeneras por todos el territorio pueden impulsar más aún el avance de los coche eléctricos F-Cell. Grandes marcas tecnológicas están apostando por ello, el grupo Bosch es un caso y mucho le acompañan como Mercedes, Toyota, Honda, Hyundai…

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Toyota Mirai es la apuesta de Toyota por el coche eléctrico de pila de combustible

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Con la pila de combustible el único residuo es AGUA

 Toyota tiene muy claro que los coches no tienen que ser enchufados a la red para cargarse, todo lo contrario, tienen que ser mini centrales productoras de electricidad.

  • Con los híbridos el combustible fósil hace funcionar motor de combustión que acciona un alternador que carga la batería, que a su vez mueve un motor eléctrico o varios. 
  • Con el Mirai Pcell ocurre lo mismo, pero en ese caso el combustible es el  hidrógeno que a través de la pila de combustible produce electricidad para cargar la batería que mueve uno o varios motores eléctricos.

Toyota Mirai Esquema pila de combustible

En Toyota tienen muy claro que la distancia más corta entre dos puntos es la línea recta

La pila de hidrógeno es el camino más recto y corto  hasta la fecha de producir electricidad para impulsar a los vehículos eléctricos. No por ello es el camino más fácil pero sí el menos contaminante. Construir vehículos que dispongan de mini centrales eléctricas no distorsionara la red eléctrica actual. Solo sería necesario adecuar la red de gasolineras.

Todos los caminos llevan a Roma. En este caso Roma es el hidrógeno.

  • Estamos avanzando en las baterías, cada vez más eficaces y con una densidad energética más alta. Esto permitirá baterías más pequeñas y ligeras.
  • Motores eléctricos más eficientes, con menos componentes , más pequeños y duraderos.
  • Pilas de combustible más eficientes y compactas.
  • Materiales compuestos cada vez más resistentes y ligeros. Los cuales nos permitirán hacer estructuras más fuertes y livianas:
      • Nos permitirá fabricar depósitos de hidrógeno indestructibles y chasis ultraligeros.

Todo apunta en la misma dirección: vehículos eléctricos con pila de combustible más ligeros ,eficaces y con mayor autonomía.

Toyota lleva años investigando y desarrollando las diferentes alternativas para el vehículo del futuro.

Toyota ha sido el precursor y el instigador de los coches híbridos gasolina/eléctrico, un camino que inició con el Prius, hace ya 20 años. Hoy, sin dejar atrás todo lo conseguido con los híbridos, Toyota quiere reiterar la hazaña con los coches a pila de combustible, o fuel cell. Y lo hace comercializando uno de los primeros modelos a hidrógeno con vocación mundial, el Mirai.

Futuro. Ese es el significado de Mirai en japonés. Y el Mirai es la prueba, con hechos, de que la movilidad del futuro puede ser limpia e ilimitada. Eso sí, siempre y cuando las infraestructuras necesarias para ello sigan el movimiento. La apuesta de Toyota es tan audaz como lo es el diseño del coche.

 

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Los pioneros de los vehículos eléctricos de pila de combustible o PCell

Aunque Toyota no sea el primer fabricante en poner en circulación coches de pila de combustible en circulación (Honda lo hizo en 2008 con el FCX Clarity y Hyundai con el iX35 Fuel Cell), sí lleva trabajando en las motorizaciones de pila de combustible desde 2002.

El primer prototipo de la marca, el Toyota FCHV, fue evolucionando desde entonces hasta convertirse en el Mirai que Toyota pone en venta en determinados mercados, como Japón, California, Alemania, Dinamarca, Bélgica o el Reino Unido. Son mercados en los que hay una infraestructura con hidrogeneras para poder repostar. Vamos, que no se contempla su comercialización en España.

Aún así, teníamos que probar el Toyota Mirai, aunque fuesen pocos kilómetros, para conocer en primera persona como será el futuro de la movilidad. Pudimos hacerlo en Zaragoza, con motivo de la vigésimoprimera World Hydrogen Energy Conference.

Whec Llegada Mirai 1

Estamos de acuerdo, el diseño del Toyota Mirai es peculiar. Pocas veces en la industria un coche consiguió tanto consenso en contra de su estética. Es cierto que las líneas están rebuscadas y las proporciones un tanto extrañas, pero centrarse en ese punto sería perder de vista lo que realmente importa del coche: existe, funciona y es viable. Así que no volveremos a hablar de su diseño (el cual es así para que te impacte, te quede en la retina y asocies Mirai a pila de combustible y ésta a Toyota).

Cómo funciona la pila de combustible del Mirai

El principio de la pila de combustible o fuel cell consiste en utilizar el hidrógeno como carburante (un gas inodoro, incoloro, muy ligero y altamente inflamable) para generar una reacción química al unir átomos de hidrógeno con otros de oxígeno y así crear agua. En ese proceso se libera electricidad, la cual permite alimentar un motor eléctrico que accionará las ruedas, además de almacenarse en un capacitador o en una batería para poder ser utilizada por los sistemas auxiliares del coche, como la dirección asistida o el climatizador.

El agua condensada se evacua por el escape. En el caso del Mirai se almacena en un pequeño depósito que se vacía pulsando un botón en el salpicadero. Dicho de otro modo, el Toyota Mirai (como cualquier otro coche de pila de combustible) es un coche eléctrico que lleva consigo su propio generador.

La pila de combustible del Mirai pesa 56 kg y entrega una potencia de 114 kW (la del prototipo FCHV de 2008 pesaba 102 kg y daba 90 kW). Compuesta de titanio, esta nueva unidad ofrece la mejor densidad energética del mundo (3,1 kW/l). Así, el Mirai puede contar con un motor de 113 kW, es decir, unos 154 CV con un par instantáneo de 335 Nm. Este propulsor es el mismo que usa el Lexus RX450h.

Toyota Mirai 24

El Mirai dispone, por otra parte, de una batería adicional que ayuda a la pila de combustible en las fases de aceleración y alimenta los sistemas auxiliares. Esta batería adicional, de níquel-metal hidruro, se recarga gracias a la electricidad producida por la pila de combustible y por la recuperación de la energía cinética cuando frenamos.

No hay toma de corriente exterior para poder recargar esa batería como en un híbrido enchufable. En las versiones del Mirai vendidas en California y Japón (sitios propensos a terremotos), existe una toma de corriente exterior. Pero ésta sirve para poder alimentar un hogar en electricidad durante una semana si se llega a interrumpir el suministro de la red.

Por qué podría ser el futuro

Mirai Hidrogenera

La autonomía del Mirai es similar a la de los vehículos de gasolina y el tiempo de repostaje es de entre 3 y 5 minutos. En este aspecto, los eléctricos no pueden luchar, al menos de momento. Para recargar un eléctrico (al 80 %) en una toma rápida siguen siendo precisos, de media, unos 30 minutos. Y eso es lo que más preocupa al cliente a la hora de dar el salto hacia un coche que no sea de motor de combustión o un híbrido, la autonomía y el tiempo de «repostaje».

El Toyota Mirai es básicamente un eléctrico que lleva su propio generador. Sin embargo, frente a un eléctrico de rango extendido, el Mirai es un coche sin emisiones de CO2 ni emisiones contaminantes en todo su ciclo de uso. En ese sentido es cómo los eléctricos puros, el coche en sí no contamina. Para poder hablar de un proceso totalmente sostenible o no, depende de cómo se haya obtenido el hidrógeno necesario, ya sea extraído de recursos fósiles, como el metano (en un proceso que libera mucho CO2), o «fabricado» mediante electrólisis del agua (en ese caso, habría que ver de dónde procede la electricidad necesaria para ello).

Mirai repostando

A pesar de una eficiencia energética desfavorable para el fuel cell frente al eléctrico puro, del orden del 50 % para el fuel cell y 70 % para el eléctrico puro (éste se carga directamente de la red y no hay que transportar el hidrógeno en camiones hasta las hidrogeneras), el coche de pila de combustible podría ser una opción de futuro simplemente porque apenas cambiaría nuestros hábitos de conducción. ¿Está el depósito vacío? Pues paras, enchufas la manguera y cinco minutos después sigues con tu camino. Claro que todo esto será posible el día que haya una infraestructura en condiciones. Y ahora, en muchos países, es prácticamente inexistente.

Artesanía y alta tecnología japonesa

Toyota Mirai interior

Con 4,89 metros de largo, el Mirai es 34 cm más largo que la última generación de Prius, pero visualmente no parece que sea un coche tan grande. Quizá se deba a las enormes tomas de aire delanteras que llaman tanto la atención -necesarias para alimentar en aire la pila de combustible (recuerda, la reacción química de la pila precisa de oxígeno)- que perdemos de vista las proporciones del coche.

Toyota Mirai maletero

La zaga y los pilotos traseros son muy cercanos en aspecto al Prius, pero el Mirai es un 4 puertas, cuando el Prius es un 5 puertas. El maletero del Mirai ofrece un volumen de carga correcto de 361 litros. Son 80 litros menos que un Prius de 40 cm más corto. La presencia de los dos depósitos de hidrógeno (de hasta 5 kg en total a 700 bares de presión) y de la batería encima del eje trasero limitan la profundidad e impiden que el respaldo de los asientos traseros sean abatibles. Además, la pila de combustible situada en medio del chasis implica la presencia de un imponente túnel central que limita el habitáculo a 4 plazas.

Asientos Toyota Mirai

A pesar de sus 4,89 m, el Toyota Mirai no ofrece un habitáculo amplio. Detrás, el espacio para las piernas de los pasajeros es simplemente correcto, aunque delante, como es habitual, mejora bastante. Los materiales empleados dan una sensación de calidad casi premium, especialmente con la tapicería de cuero. De hecho, la calidad percibida de los acabados es superior a la del Prius, sin duda una consecuencia del montaje artesanal del coche. Y es que el Mirai es fabricado a mano en la misma factoría de Motomochi y por los mismos técnicos que fabricaban el extraordinario Lexus LFA.

El único punto donde se acerca al Prius es en la disparidad de plásticos, por tonalidades y tactos, en el salpicadero (y eso ya no es tan premium…). Algo que, por otra parte, se ve reflejado en su diseño. El cuadro de instrumentos está en el centro y a la base del parabrisas, la pantalla táctil multimedia en el centro y los ajustes -táctiles- del climatizador debajo del pomo de cambios.

En silencio del coche eléctrico

Conducir un Toyota Mirai es como conducir un coche 100 % eléctrico. Los 154 CV y 335 Nm anunciados por Toyota no parecen ser gran cosa para mover un coche de 1.850 kg -en vacío-, pero como su motor es eléctrico, entrega los 335 Nm con sólo acariciar el acelerador con el pie derecho. Y eso le da una vivacidad hasta casi 100 km/h sorprendente. Toyota anuncia un 0 a 100 km/h en 9,6 segundos, un tiempo honorable para una berlina cómoda como esta, y un tiempo de 3 segundos para pasar de 40 a 70 km/h, un crono francamente bueno.

Toyota Mirai

No te sorprenderé si te digo que la dirección no transmite absolutamente nada y no sientes qué hacen las ruedas delanteras. Y es que en el Mirai, el confort prima sobre cualquier otra consideración. Las suspensiones son suaves, el balanceo marcado y los asientos no sujetan nada. A cambio, el Mirai ofrece un confort y un silencio en marcha casi imposibles de alcanzar para un coche de motor térmico. Aunque he de reconocer que en algunas ocasiones (acelerar a fondo, por ejemplo), el Mirai se muestra ligeramente más sonoro que un eléctrico convencional. Incluso a velocidad constante de autopista, el silencio que reina a bordo es sorprendente. Y si te cansas del silencio, siempre está el equipo de audio JBL que forma parte del equipamiento.

Toyota Mirai

El Toyota Mirai ofrece dos programas de conducción: Eco y Power. Éstos actúan únicamente sobre la respuesta del motor al acelerador. Obviamente, el modo Power es el que ofrece la mejor respuesta, con aceleraciones mucho más inmediatas que en el modo Eco. Además, cuenta con el modo Brake en el cambio automático (de tren epicicloídal) que, como en el Prius, ofrece algo de freno motor y optimiza al máximo la recuperación de energía cinética.

Toyota Mirai

Toyota anuncia un consumo de 0,76 kg/100 km (el hidrógeno es un gas, por eso se mide en una unidad de masa). Con los dos depósitos de 5 kg, la autonomía del Mirai sería de 650 km, aunque el fabricante prefiere hablar de una autonomía de 500 km. Debido a la brevedad de nuestra toma de contacto con el Mirai, nos ha sido imposible medir el consumo real. Por cierto, como curiosidad, el Mirai engulle 22m3 de aire cada 100 km y emite 7 litros cada 100 km de agua pura.

El Hidrógeno es el futuro para Toyota

Circular con un coche eléctrico sin las restricciones de autonomía normalmente asociadas a este tipo de coches (con el Mirai son 500 km) y con un repostaje similar al de un gasolina o diésel, el Toyota Mirai es una bonita promesa para el futuro. Sin embargo, con una infraestructura embrionaria y un precio muy elevado (66.000 euros más las tasas, en Alemania), de momento se quedará sólo en eso, una esperanza.

Mirai Toyota

La producción anual del Mirai ronda las 700 unidades y aún así, según Toyota la oferta es muy inferior a la demanda (este año preven fabricar 2.000 unidades). Otra prueba más, si fuese necesario, que Toyota sigue siendo un precursor cuando se trata de idear o implementar nuevos modos de propulsión.

Con la pila de combustible el único residuo es AGUA

 

Toyota ha sido el precursor y el instigador de los coches híbridos gasolina/eléctrico, un camino que inició con el Prius, hace ya 20 años. Hoy, sin dejar atrás todo lo conseguido con los híbridos, Toyota quiere reiterar la hazaña con los coches a pila de combustible, o fuel cell. Y lo hace comercializando uno de los primeros modelos a hidrógeno con vocación mundial, el Mirai.

Futuro. Ese es el significado de Mirai en japonés. Y el Mirai es la prueba, con hechos, de que la movilidad del futuro puede ser limpia e ilimitada. Eso sí, siempre y cuando las infraestructuras necesarias para ello sigan el movimiento. La apuesta de Toyota es tan audaz como lo es el diseño del coche.

 

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Camion de pila de combustible F-Cell Hyundai XCIENT--elektromovil 2019-Madrid-Barcelona-Sevilla- Bilbao-Palma-Valencia-Zaragoza- España- Colombia- EE.UU- Argentina- Chile- México-Cuba

Un avance del nuevo camión eléctrico de pila de combustible Hyundai H2 XCient Fuel Cell, que llegará a Europa en 2020

Hyundai Hydrogen Mobility (HHM), la empresa conjunta entre Hyundai Motor Company y H2 Energy, se ha asociado con Hydrospider para promover el ecosistema de hidrógeno verde en Suiza y países europeos en un futuro próximo.

HHM e Hydrospider presentaron en la central hidroeléctrica de Alpiq en Gosgen, Suiza, un nuevo modelo de negocio para la movilidad ecológica que engloba no solamente el desarrollo de camiones eléctricos con pila de combustible, sino también la producción de hidrógeno verde y un plan distintivo para la construcción de la infraestructura de reabastecimiento necesaria.

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Hyundai avanza nuevos detalles sobre su camión eléctrico con Pila de hidrógeno, que tendrá 400 km de autonomía

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Hyundai pretende crear el ecosistema industrial necesario para la implantación de sus camiones eléctricos de Pila de combustible de hidrogeno.

El fabricante coreano Hyundai acaba de anunciar el futuro lanzamiento de su camión pesado de pila de combustible, el H2 XCIENT, a través de Hyundai Hydrogen Mobility (HHM), la joint venture creada junto a Hydrospider (H2 Energy) para fomentar la movilidad con hidrógeno en Suiza y otros países europeos.

De hecho, el objetivo de esta asociación entre marcas es crear un ecosistema industrial de transporte con hidrógeno. Hyundai ha adelantado que los primeros 50 camiones de pila de combustible serán para Suiza y se entregarán el próximo año 2020.

De aquí a 2025, HHM planea tener ya en Europa unos 1.600 camiones de pila de combustible, alimentados por hidrógeno, para promover una movilidad más limpia en el sector industrial. En principio este ecosistema arrancará en Suiza, gracias a acuerdos con firmas de transporte y logística.

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Durante la presentación, Hyundai también proporcionó información detallada sobre su camión eléctrico de pila de combustible Hyundai H2 Xcient de próxima generación. El camión Hyundai H2 XCIENT Fuel Cell ha sido desarrollado de acuerdo con la normativa europea. Cuenta con un nuevo sistema de pila de combustible de hidrógeno de 190 kW, con dos pilas de combustible de 95 kW conectadas en paralelo. Ofrece una autonomía de más de 400 km con una sola carga de combustible. Lleva siete grandes tanques de hidrógeno con una capacidad de almacenamiento de casi 35 kg de hidrógeno.

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Suiza quiere potenciar los vehículos de pila de combustible de hidrógeno, con la construcción de la primera planta de electrólisis para Hidrogeno.

Precisamente en el país helvético comenzará a operar a finales de este mismo año la primera planta de electrólisis de 2 megavatios en la central hidroeléctrica de Gösgen, donde se producirá hidrógeno «verde». También está prevista la construcción de la infraestructura de recarga necesaria.

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Cómo obtener hidrógeno y oxígeno a partir de la electrólisis del agua.

El Energy Observer es el primer barco impulsado por hidrógeno en dar la vuelta al mundo-elektromovil-2019

El Energy Observer es el primer barco impulsado por hidrógeno en dar la vuelta al mundo

LA ODISEA PARA EL FUTURO

Energy Observer también es una Odisea en todo el mundo, para descubrir soluciones innovadoras para el medio ambiente. 6 años, 50 países y 101 escalas, para conocer a todos los que dibujan hoy, el mundo del mañana, para demostrar que un mundo más limpio es posible.

Más que un barco, un verdadero medio de comunicación al servicio de una información positiva e inspiradora, al servicio de las soluciones.

La transición ecológica debe verse como la promesa de un mundo mejor. A través de esta Odisea sin precedentes, queremos soñar para crear conciencia, queremos demostrar que el hombre puede vivir en armonía con la naturaleza y que la lucha contra el calentamiento global puede allanar el camino para un nuevo auge económico.

Jerome Delafosse,
Líder de la expedición de Energy Observer.

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El energy Observer el primer barco de hidrógeno e dar la vuelta al mundo-elektromovil 2019
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El Energy Observer dará la vuelta al mundo en barco con cero emisiones durante 6 años 2017/2022

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impulsado por el sol, el viento e hidrógeno obtenido del agua del mar, el multicasco francés Energy Observer visitará más de 50 países hasta 2022. Objetivo: demostrar que otro modelo energético es posible.

La aventura de dar la vuelta al mundo en una nave nodriza cruzando los mares de punta a punta podría tratarse de un relato de Julio Verne. Sin embargo, una vez más la realidad supera la ficción. El multicasco francés Energy Observer, propulsado con hidrógeno autogenerado y electricidad captada por placas solares y ventiladores, acumula ya más de 10.000 millas náuticas desde que se lanzara al agua en 2017. Hasta la campaña 2022, la embarcación gala quiere visitar 110 ciudades y más de 50 países como exponente de una nueva era en el transporte marítimo emitiendo cero emisiones de CO2.

el multicasco francés Energy Observer visitará más de 50 países hasta 2022. Objetivo: demostrar que otro modelo energético es posible.

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Durante sus escalas, el capitán Victorien Erussard y su tripulación de cinco personas, marineros todos con gran experiencia, fomentan la defensa y cuidados de los océanos mostrando la vida a bordo de un barco convertido también en laboratorio flotante de las aguas salinas. «A bordo del Energy Observer, necesitamos tanto sol como viento, baterías e hidrógeno. La situación es similar en tierra. Las energías alternativas y los sistemas de almacenaje son un complemento ideal, y debemos aprender a hacer que funcionen juntos: no existe una única solución contra el cambio climático, sino un abanico de posibilidades», destaca Erussard.

Este regatista oceánico, que también fue marino mercante en su juventud, tardó cuatro años en hacer realidad el proyecto. Con el patrocinio de firmas como la marca automovilística Toyota o la aseguradora pública francesa CCR, representa los principales valores de los 17 objetivos de Desarrollo Sostenible para el año 2030 creados por Naciones Unidas. Entre las acciones que potencian destacan el uso sostenible del agua de los océanos o el uso de energía no contaminante. Hasta el momento se han invertido 15 millones de euros en este proyecto y están presupuestados otros 15 para los próximos años.

El Observer tiene 30 metros de eslora y funciona gracias a una combinación de energías renovables

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>Pero, ¿cómo es la navegación del Energy Observer? Sencilla, sin grandes ruidos, a una velocidad de nueve nudos y sin estridencias. La embarcación, de 30 metros de eslora, funciona gracias a una combinación de energías renovables y un sistema de producción de hidrógeno sin carbono empleando el agua de mar. Gracias a un sistema de electrólisis se desaliniza y se almacena en varios tanques para generar energía empleada en su movilidad o para el funcionamiento de los equipos a bordo.
El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el planeta. Puede generar hasta cuatro veces más energía que el carbono, tres veces más que el gasoil y 2,5 veces más que el gas natural sin producir ningún tipo de efecto invernadero. Por ello, en cada viaje el Energy Observer pone a prueba en condiciones extremas sus diferentes fases de funcionamiento, tanto de producción como de gestión y almacenamiento inteligente de la energía. A bordo, el hidrógeno se comprime y se almacena en depósitos para suministrar 22 kW a una pila de combustible. «A través de este proyecto inédito, queremos inspirar a todo el mundo para su concienciación y respeto a los mares. Demostrar que el hombre puede vivir en armonía con la naturaleza y que la transición ecológica prepara el camino hacia un nuevo auge económico. La promesa de un mundo mejor», destaca Jérôme Delafosse, jefe de expedición y productor de una serie documental que relatará la historia de la embarcación durante estos meses de travesía.

130 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos, dos turbinas de viento de eje vertical y un ala de tracción inteligente que alimentan los dos motores eléctricos y los hidrogeneradores

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Además de impulsado por hidrógeno, el multicasco está equipado con 130 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos, dos turbinas de viento de eje vertical y un ala de tracción inteligente que alimentan los dos motores eléctricos y los hidrogeneradores. Su combustión no emite ni gases de efecto invernadero, ni partículas finas. Desde el pasado 12 de diciembre está en parada técnica para su revisión, pero en marzo de este año reanudará su travesía por aguas del norte de Europa y lo hará con un ala de tracción que obtendrá energía del viento a 100 metros de altura para mejorar aún más su rendimiento energético .

El ADN del casco del Energy Observer también respira sabiduría e historia. Su parte central perteneció al multicasco ENZA New Zealand con el que el británicosir Robin Knox-Johnston y el neozelandés sir Peter Blake conquistaron el Trofeo Julio Verne en su segundo intento en 1994. Tras dar la vuelta al mundo en 74 días, 22 horas y 17 minutos, el catamarán siguió surcando los mares hasta que en 2010 volcó en el Atlántico. Llevado a tierra en la costa de Bretaña, cayó en el olvido durante más de tres campañas. Fue entonces cuando Erussard y otro navegante, Frédéric Dahirel, presentaron el proyecto al Comisariado de la Energía Atómica y Energías Alternativas y al Laboratorio de Innovación para Nuevas Tecnologías Energéticas y Nanomateriales (CEA-Liten). Ahora vive una segunda vida con un peso de poco más de 28 toneladas que hacen que sea la embarcación más ligera del mercado con sistemas de baterías de almacenamiento.

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Palma y Valencia, sus últimos destinos nacionales

Todos tenemos en la mente el incendio del dirigible Hindenburg- ¿Es peligroso el hidrógeno?

El hidrógeno es percibido por gran parte de la sociedad como peligroso y en ello ha tenido mucho que ver las impactantes imágenes del Hindenburg en llamas sobre Nueva Jersey. Esas poderosas fotografías se han colado en el imaginario colectivo haciendo que se genere un gran rechazo, en gran medida irracional, hacia el hidrógeno y sus aplicaciones. No hay conversación a nivel social (familia y amigos) en la que salga el hidrógeno y a continuación no se mencione el conocido dirigible y los riesgos del hidrógeno. Sin embargo, durante el último siglo se ha producido y utilizado hidrógeno para una amplia gama de fines industriales y comerciales, y todo ello con unos elevados niveles de seguridad. Si bien es verdad que en estas aplicaciones el hidrógeno no llega finalmente al usuario como tal, sino que este se emplea para llevar a cabo otros procesos o producir otras sustancias. Lo que el usuario teme es el estar expuesto al hidrógeno en primera persona lo cual podría tener lugar, por ejemplo, con el creciente uso de los vehículos de pila de combustible.  Así pues, ¿es el hidrógeno tan peligroso? Vamos a intentar arrojar algo de luz sobre las tinieblas que rodean a la supuesta peligrosidad del hidrógeno.

Características del hidrógeno

Obviamente, todo combustible o vector energético presenta una serie de riesgos intrínsecos si no se maneja de forma apropiada, y el hidrógeno no es menos. Por ello, la peligrosidad o el riesgo que entraña el uso del hidrógeno debe medirse por comparación con la peligrosidad que suponen el uso de otros combustibles mucho más normalizados por la sociedad como pueden ser el gas natural, la gasolina, el gasóleo o el butano. Vayamos comparando una a una diferentes propiedades de los combustibles.

Fugas

La molécula del hidrógeno es la más pequeña, mucho menor que la de otros combustibles, por lo que el hidrógeno presenta una mayor tendencia que otros combustibles a fugarse o escaparse por pequeñas aberturas u orificios. Teniendo en cuenta tanto la densidad como la viscosidad y el coeficiente de difusión en el aire del hidrógeno se llega a la conclusión de que la propensión del hidrógeno a fugarse por juntas u orificios en líneas de baja presión es entre 1.26 y 2.8 veces superior a la del gas natural a través del mismo orificio. Sin embargo, la densidad de energía del gas natural es tres veces superior a la del hidrógeno, lo que conduce a que en una fuga de gas natural se libere una mayor cantidad de energía que en una fuga de hidrógeno. En el caso de fugas producidas en tanques de alta presión, la velocidad de escape está limitada por la velocidad del sonido en el gas fugado. Así, la velocidad del sonido en el hidrógeno es 1308 m/s mientras que en el gas natural es 449 m/s. Teniendo en cuenta nuevamente que la densidad de energía del gas natural es tres veces mayor, la fuga de gas natural contendrá en este caso una energía ligeramente mayor que la de hidrógeno.

Tabla 1. Diferentes características del hidrógeno y otros combustibles

 

Densidad y difusión

El hidrógeno cuenta con un factor que reduce de forma significativa su peligrosidad en espacios abiertos, y es que es mucho más ligero que el aire y que el resto de los combustibles como puede verse en la Tabla 1. Además, presenta una difusión mucho más rápida que el resto de los combustibles. Así, si se produce una fuga de hidrógeno por cualquier motivo, este se elevará y dispersará rápidamente en la atmósfera, mucho más rápidamente que el resto de los combustibles. De hecho, combustibles a los que estamos muy acostumbrados como la gasolina, el propano o el butano tienen una mayor densidad que el aire, de tal forma que en caso de fuga se acumulan a nivel del suelo lo que puede derivar en situaciones de gran peligrosidad en caso de ignición. Pensemos por ejemplo en un automóvil, en caso de emplear depósitos de hidrógeno a alta presión, si se produce una fuga con llama esta ascenderá rápidamente. Sin embargo, en el caso de la gasolina o el propano, sus vapores arderán a ras de suelo y debajo del vehículo generando una situación de gran peligro pudiendo derivar en el incendio del vehículo completo. Este ensayo con un vehículo con hidrógeno y otro con gasolina fue llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Miami, la secuencia obtenida se muestra en la Figura 1. Puede apreciarse que el vehículo de gasolina sufre severos daños en un corto espacio de tiempo, mientras el de hidrógeno permanece prácticamente intacto. Esto no quiere decir que el uso de gasolina entrañe un gran riesgo, su uso diario desmiente ese supuesto, más bien pone de manifiesto que el hidrógeno no es tan peligroso o al menos no más que la gasolina en este caso.

Figura 1. Secuencia de imágenes tomadas durante el estudio comparativo de fuga con llama de un vehículo de hidrógeno y un vehículo de gasolina.

El hidrógeno presenta una molécula tan pequeña y se difunde tan bien que puede difundirse y reaccionar incluso con metales, debilitándolos y dando lugar a la denominada fragilización por hidrógeno. De ahí que sea tan importante la elección de materiales adecuados para trabajar con hidrógeno.

Intervalo de inflamabilidad

Se denomina límites de inflamabilidad al intervalo de concentraciones combustible-aire en los cuales se puede llevar a cabo la combustión. Estos límites pueden variar con la presión y la temperatura, pero habitualmente se presentan como datos en porcentaje en volumen a 25 °C y presión atmosférica. Como puede verse en la Tabla 1, el hidrógeno presenta el intervalo de inflamabilidad más amplio, únicamente superado por el acetileno. Sin embargo, la practicidad de los intervalos de inflamabilidad es limitada. En el ámbito de la seguridad suele ser más interesante el límite inferior de inflamabilidad que es el que determina a partir de que punto una fuga será inflamable. Atendiendo a este límite, el límite inferior del hidrógeno es muy superior al de la gasolina, el gasóleo, el butano y el propano y algo menor que el del metano.

Figura 2. Diagrama ternario que representa el límite de inflamabilidad de las distintas composiciones de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, entre ellas el aire.

 
Figura 2. Diagrama ternario que representa el límite de inflamabilidad de las distintas composiciones de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, entre ellas el aire.

Energía de ignición

La energía de ignición para la mezcla estequiométrica de hidrógeno es muy pequeña, en torno a 0.02 mJ, un orden de magnitud menor que la del resto de combustibles. Sin embargo, la mezcla estequiométrica del hidrógeno con el aire es de un 29% en volumen de hidrógeno, lo que, en principio, será bastante improbable cuando tenga lugar una fuga ya que antes de alcanzar esa concentración el hidrógeno habrá ascendido y se habrá difundido en la atmosfera (en lugares abiertos). Por tanto, la energía de ignición de la relación estequiométrica del hidrógeno no nos transmite demasiada información. La energía de ignición es función de la relación combustible-aire, y resulta que en el límite inferior de inflamabilidad del hidrógeno, un punto más representativo, su energía de ignición es del mismo orden que la del gas natural.

Temperatura de autoignición

La temperatura mínima a la que un combustible, a presión de una atmósfera, en contacto con el aire arde de forma espontanea sin necesidad de una fuente de calor se la conoce como temperatura de autoignición. La temperatura de autoignición es dependiente de la presión y concentración del hidrógeno así como de la naturaleza del depósito, por lo que no hay un consenso único sobre su valor. Aun así, como puede verse en la Tabla 1, la temperatura de autoignición del hidrógeno es muy superior a la de la de la gasolina y el gasóleo, algo superior a la del butano y el propano e igual a la del gas natural. Así pues, será más complicado que se produzca la combustión en ausencia de una fuente de ignición en el caso del hidrógeno que en el de la gasolina o el gasóleo, por ejemplo. Sin embargo, dicha temperatura de autoignición puede verse reducida en presencia de un catalizador de la reacción.

Llama del hidrógeno

A la luz del día, las llamas de hidrógeno son prácticamente invisibles a simple vista lo cual aumenta su peligrosidad ya que la gente que pueda encontrarse alrededor de la llama puede no darse cuenta de su presencia, véase Figura 3. Es posible que algunas impurezas presentes en el aire, tales como el sodio en zonas costeras, induzcan una cierta coloración a la llama, pero aún así, es muy complicada de ver. El problema de la visibilidad de la llama del hidrógeno podría resolverse añadiendo productos químicos que confieran una luminosidad adecuada. Sin embargo, en el caso de pilas de combustible de baja temperatura, como son las que se están empleando actualmente en automoción, el hidrógeno suministrado tiene que ser de gran pureza para evitar la contaminación de los electrodos. Así, la adición de algún producto químico al hidrógeno presenta una serie de inconvenientes. Como puede verse en la Figura 3, por la noche la llama sí presenta un cierto brillo. Aun así, sigue siendo difícil de ver y mucho más pálida que las llamas del resto de combustibles. Además, el hidrógeno per se es incoloro e inodoro, por lo que no es posible detectar su presencia mediante los sentidos.

Figura 3. Comparación de la luminosidad de las llamas de propano e hidrógeno de día y de noche.

Radiación infrarroja y ultravioleta

Las llamas de hidrógeno presentan una baja emisividad, o lo que es lo mismo, una baja irradiación en el infrarrojo. Esto hace que disminuya la probabilidad de que el fuego se propague a los objetos y personas circundantes debido a la transferencia de calor radiada. No obstante, esta baja emisividad también implica que al estar cerca de una llama de hidrógeno hay poca sensación de calor, lo que puede conducir a un contacto inadvertido con la misma.

Aunque emiten muy poco en el espectro infrarrojo, las llamas de hidrógeno irradian una gran cantidad de radiación ultravioleta. De tal manera que una persona que este cerca de una llama de hidrógeno experimentará poca sensación de calor debido a la baja emisividad en el infrarrojo, pero estará recibiendo una cantidad considerable de radiación ultravioleta lo que puede derivar en quemaduras solares si hay una sobreexposición.

Velocidad de llama y detonación

La velocidad de llama del hidrógeno es mucho más rápida que la del gas natural o la gasolina, de manera que en principio es más probable que una llama de hidrógeno derive en una detonación. La velocidad subsónica de combustión del hidrógeno en aire en condiciones ambiente y con mezcla estequiométrica es de 2.55 m/s alcanzando una velocidad máxima de 3.2 m/s en una concentración de 40.1 %, llegando hasta 11.75 m/s en oxígeno puro. Sin embargo, en una atmósfera abierta la probabilidad de que tenga lugar una detonación de hidrógeno es pequeñísima. Como hemos mencionado antes, el hidrógeno es un gas muy ligero y se difunde muy rápidamente lo que impediría que se alcanzasen mezclas suficientemente ricas como para que tuviese lugar la detonación. Además, como puede verse en la Tabla 1, el límite inferior de detonación de la mezcla hidrógeno-aire es de un 13% en volumen, 2 veces superior al del metano y 12 veces más que el de la gasolina. Por tanto, una detonación en un espacio confinado tendría lugar bajo supuestos poco probables. Esto es, el hidrógeno en primer lugar debería acumularse en ausencia de una fuente de ignición hasta alcanzar un volumen respecto al aire superior al 13%. Llegados a este punto debería aparecer una fuente de ignición que desencadenase la reacción. A pesar de la baja probabilidad de que esta secuencia de hechos tenga lugar, aquellos habitáculos en los que haya presencia de dispositivos que empleen hidrógeno deben estar diseñados con una ventilación adecuada de manera que se impida que las mezclas alcancen proporciones peligrosas. Con todo, la energía explosiva del hidrógeno por unidad de volumen es 3.5 veces menor que la del metano y 22 veces inferior a la del vapor de la gasolina.

Es necesario indicar que los límites de detonación son notablemente dependientes de la naturaleza y dimensiones del confinamiento, por lo que los datos expuestos en la Tabla 1 a este respecto son orientativos.

Toxicidad y productos de combustión

A diferencia de otros combustibles, el hidrógeno, aunque puede producir asfixia, no es tóxico. Además, mientras que la combustión de combustibles tales como la gasolina producen humo y hollín que pueden resultar peligrosos para la salud, la combustión del hidrógeno produce únicamente agua como producto, a no ser que ardan durante el proceso otro tipo de elementos.

Seguridad del hidrógeno

Como se mencionó al principio, todo combustible presenta una serie de riesgos si no se maneja de forma apropiada. Así, a la vista de las características mostradas, es necesario adoptar una serie de medidas de seguridad a fin de minimizar el riesgo derivado de ciertas características del hidrógeno. Gran parte de las medidas sugeridas hacen referencia a la automoción que en el estado actual de desarrollo de las tecnologías del hidrógeno es probablemente la aplicación en que el hidrógeno es más cercano al usuario. También existen protocolos derivados de la producción de hidrógeno, el almacenamiento y su utilización en lugares confinados.

Vehículos de Pila de combustible de hidrógeno

Una liberación de hidrógeno por parte de un vehículo en una atmósfera abierta, como se ha mencionado antes, entraña un riesgo menor que si fuese otro el combustible liberado. Sin embargo, hay que evaluar el riesgo en todas las posibles situaciones en las que el vehículo pueda encontrarse, así como todas las posibles fuentes de riesgo, desde el depósito, pasando por las conducciones hasta la pila de combustible.

Aunque en la pila de combustible el hidrógeno y el oxígeno están separados por unas delgadas membranas, el riesgo potencial que supone es muy limitado. Si una de dichas membranas se rompiese, lo que sería de por sí raro, el hidrógeno y el oxígeno se mezclarían lo que daría lugar a una pérdida inmediata de la potencia proporcionada por la pila de combustible. Esta sería detectada por el sistema de control que cerraría y desconectaría las líneas de suministro de hidrógeno. La temperatura a la que se encuentra la pila de combustible, en el caso de los vehículos suelen tratarse de pilas de combustible PEM (Proton Exchange Membrane) operando a entre 60 °C y 90 °C, no es suficiente como para actuar como fuente de la ignición. Aun así, el hidrógeno y el oxígeno pueden reaccionar sobre la superficie de los catalizadores y crear condiciones de ignición. Sin embargo, el potencial riesgo es muy pequeño debido a la pequeña cantidad de hidrógeno presente en el interior de la pila de combustible.

Los vehículos propulsados por pila de combustible de hidrógeno cuentan con una serie de detectores de hidrógeno, si se detectase una presencia de hidrógeno superior a un cierto umbral se procedería al cierra automático de los depósitos de hidrógeno. De igual forma, si el flujo de combustible excede el utilizado por el stack o es inferior al demandado, indicativo de un posible fallo, se produce también el cierre y desconexión de los depósitos. Además, en caso de que el sistema detecte algún tipo de fallo en el suministro del combustible, se produce el apagado inmediato y automático de las baterías ya que podrían actuar como foco de ignición. De hecho, es una buena práctica durante el diseño de los vehículos de pila de combustible que las líneas de suministro de hidrógeno estén lo más separadas posibles de las partes eléctricas.

El punto más crítico de un vehículo de pila de combustible por ser en el que se encuentra la mayor parte del hidrógeno son los tanques con hidrógeno presurizado. Sin embargo, dichos tanques son extremadamente robustos (ver Almacenamiento de hidrógeno comprimido: tipos de tanques) y son sometidos a un gran número de pruebas para asegurar su fiabilidad. Una de las más vistosas es el estudio del comportamiento del depósito ante un disparo, véase el video. Como puede apreciarse, el disparo no deriva en una ruptura explosiva y catastrófica del tanque. Además, como elemento de seguridad cada tanque de combustible cuenta con su propia válvula de alivio de presión que ventea automáticamente el contenido en caso de un aumento excesivo de la temperatura.

Espacios confinados

El mayor riesgo del hidrógeno deriva de su presencia en lugares confinados donde puede producirse la acumulación del gas con el consiguiente riesgo asociado. Por ello, es esencial contar con una red de detectores de hidrógeno que puedan alertar de forma temprana de la presencia del gas para tomar las medidas adecuadas. Es muy importante disponer los detectores de hidrógeno de forma adecuada en el espacio para lo que es preciso realizar un estudio pormenorizado de la instalación. Las alarmas deben activarse en dos posibles umbrales. Cuando el contenido de hidrógeno alcanza un 25% del límite inferior de detonación y cuando alcanza el 60% de dicho límite momento en el cual pueden llevarse a cabo acciones automáticas tales como apagados de sistemas para evitar focos de ignición o encendido de la ventilación forzada.Es crucial contar con un buen sistema de ventilación en aquellos espacios confinados en los que pueda haber presencia de hidrógeno. Este tipo de sistemas permite controlar una atmósfera peligrosa mediante la renovación de la misma. Así, el riesgo en garajes puede minimizarse sustancialmente contando con un sistema de detección de hidrógeno y una ventilación adecuada.

Conclusiones

El hidrógeno como cualquier otro combustible presenta una serie de riesgos. Sin embargo, estos pueden ser minimizados con un manejo apropiado e implementando las medidas de seguridad adecuadas, como con cualquier otro combustible. En la mayor parte de aplicaciones el hidrógeno no entraña un riesgo mayor que otros combustibles normalmente utilizados. De hecho, sus características particulares hacen que en muchos casos su uso pueda ser hasta más seguro. Para que un vehículo de pila de combustible en operación tenga un accidente severo en relación con el hidrógeno es necesario que ocurran de forma simultanea varios fallos, lo que es altamente improbable.

Referencias

Dispelling Common Hydrogen Safety MythsHydrogen ToolsBarbir F. PEM fuel cells: theory and practice. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press; 2013.Najjar, Yousef SH. “Hydrogen safety: The road toward green technology.” International Journal of Hydrogen Energy 38.25 (2013): 10716-10728.Initial Guidance for Using Hydrogen in Confined Spaces – Results from InsHydeSwain, Michael R. “Fuel leak simulation.” In Proceedings of the 2001 DOE Hydrogen Program Review, NREL/CP-570-30535. 2001.
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