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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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).

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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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Energy Observer da la vuelta al mundo impulsado por hidrógeno
Energy Observer
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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 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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