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El coche de hidrógeno no es solo humo: estos son sus retos

El coche de hidrógeno no es solo humo: estos son sus retos
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Seguimos hablando de los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno. En la primera parte os contamos cómo es su tecnología, qué ventajas tienen, cómo funcionan y de dónde se extrae el hidrógeno que se utilizaría para repostarlos. En esta segunda parte hablaremos de su eficiencia, de sus inconvenientes y de los retos que todavía tienen que superar.

El asunto de la eficiencia es muy importante, debemos pensar en un planeta Tierra con cada vez más habitantes (se habla de un máximo de 9.000 millones de seres humanos), que a su vez demandan cada vez más energía gracias al progreso, pero resulta que la cantidad de energía disponible o aprovechable es limitada (no hay petróleo infinito, ni gas natural infinito, ni carbón infinito, ni recursos naturales infinitos).

Por tanto la energía será cada vez más cara, por simple ley de oferta y demanda. Podrá encarecerse más despacio o más rápido, pero a largo plazo será más cara. Así que no podemos permitirnos malgastarla. Si queremos seguir teniendo automóviles debemos tener los más eficientes (y de paso los menos contaminantes).

Honda FCX Clarity 025

Eficiencia de un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno

Un coche 100% eléctrico de batería, o coche eléctrico a secas, de tamaño medio y precio “asequible”, viene a tener un consumo de unos 14 kWh/100 km. Un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno, de los pocos que circulan ya por las carreteras, tiene un consumo de unos 29 kWh/100 km (unos 0,9 kg de hidrógeno a los 100 km).

Considerando el consumo solo por su uso, a los 100 km, el coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno consume algo así como el doble de energía que el coche “solo” eléctrico. Esto es un inconveniente que no debemos ignorar.

Por cierto, quien quiera hablar del consumo del pozo a la rueda del coche eléctrico, es decir, considerando las pérdidas de la recarga y de la batería, del transporte de la electricidad y de la propia generación, no debe olvidar tampoco hacerlo en el coche de hidrógeno.

Vimos en la primera parte que para obtener un kilo de hidrógeno se necesitan unos 55 a 70 kWh de energía, más la necesaria para comprimirlo. Podemos considerar en un caso favorable (para que no se diga) que son unos 60 kWh por kilo, lo que se traduce en que la energía que de verdad está gastando el coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno son unos 54 kWh/100 km (por los 0,9 kg/100 km que consume).

Pero claro, también hay que considerar de dónde se sacó esa energía, si era electricidad para la electrólisis del agua, se aplican las mismas pérdidas por transporte y generación de la electricidad.

Mercedes-Benz Clase B F-Cell seccionado

En el caso del coche eléctrico podemos irnos con todas las pérdidas a unos 28 kWh/100 km (considerando un 50% de pérdidas en generación, un 10% en transporte, un 10% en distribución, un 20% en recarga y un 10% en batería, una situación bastante desfavorable, para que no se diga que "le favorecemos"), pero en el coche de hidrógeno podemos estar alrededor de los 91 kWh/100 km en total (considerando pérdidas por generación, transporte y distribución de la electricidad consumida para generar el hidrógeno).

Del pozo a la rueda el coche de hidrógeno puede consumir hasta el triple de energía que el coche eléctrico. Y nadie debería de extrañarse por esto: vimos en la primera parte que para obtener 1 kg de hidrógeno se consume el doble de energía que la que contiene, eso ya marca una diferencia muy grande, y además el rendimiento de la pila de combustible que va a bordo del coche, para transformar ese hidrógeno en electricidad, es de alrededor del 60 o 70%.

Es de pura lógica: cuantos más procesos de transformación de energía haya, más pérdidas y peor rendimiento habrá al final, pues se van acumulando las pérdidas de cada uno de los procesos.

Para que podamos hacernos una idea, y comparar, podemos traer a colación que un coche de gasolina de tamaño medio, con un motor moderno y eficiente, con un consumo real medio de unos 6,5 l/100 km, y considerando el consumo de energía del pozo a la rueda, viene a suponer unos 68 kWh/100 km. Es decir, el coche eléctrico realmente nos permite ahorrar energía, pero el coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno no. Y si no ahorramos realmente energía mal vamos.

El primer reto de los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno sería mejorar mucho su eficiencia global. Para ello se puede trabajar en pilas de combustible más eficientes, algo que ya se está haciendo, aunque no deja mucho margen de mejora, y también habría que intentar mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno, algo un poco más complicado.

Lo que sucede es que la ventaja del coche eléctrico en cuanto a eficiencia es tan grande, que el coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno, incluso mejorando, seguiría estando por debajo (recordemos que el balance energético final viene a ser el triple, o sea, un 300% más de consumo, lo cual es mucha diferencia).

Chevrolet Equinox Fuel Cell transparencia

Precio de compra

El otro reto no menos importante que tienen por delante los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno es el precio. Hemos hablado detenidamente en Motorpasión Futuro acerca de cuándo veremos un coche de hidrógeno asequible, y si queréis profundizar más ahí tenéis el enlace. Hemos descrito en la primera parte cuáles son los componentes básicos de un coche de este tipo, y por el momento esos componentes siguen siendo muy caros.

Lo más caro sin duda es la pila de combustible. Por ahora las que se utilizan emplean platino o paladio (metales muy caros, incluso más que el oro), y vienen a costar unos 50.000 euros, y eso que ya se han abaratado mucho desde los primeros prototipos de hace quince o veinte años. Se está trabajando ya en nuevas pilas, que empleen mucho menos platino, o incluso en otras que utilicen tecnologías sin platino. Hay ciertos progresos en laboratorio prometedores, pero por ahora habrá que esperar.

El tanque de hidrógeno también es bastante caro, pues tiene que soportar muy altas presiones, y a la vez ser muy hermético para que no se fuge hidrógeno, que es el gas más volátil conocido, y aún así se fuga, muy despacio, pero se fuga. Para que nos hagamos una idea el hidrógeno gas se escapa unas 2,8 veces más rápido que el gas natural (metano).

Tanque de hidrógeno Toyota FCV

En general se emplea fibra de carbono, o materiales compuestos (como mezclas con resina epoxi) para que sea muy resistente sin pesar demasiado, y se han hecho avances en la reducción de costes. Aún así el tanque de hidrógeno de uno coches eléctrico de pila de combustible de hidrógeno suele pesar alrededor de los 100 kg.

Aunque el hidrógeno es muy inflamable, la seguridad de los tanques es muy alta y hasta se demuestra disparándoles. Con las debidas medidas de seguridad, revisando periódicamente el buen estado del tanque, válvulas y uniones, y manejado con cuidado, no presenta mayor peligro que otros gases combustibles.

Un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno como el Hyundai ix35 FCEV se vende desde 2013 por unos 125.000 euros. El Honda FCX Clarity se comercializa desde 2008, aunque solo se alquila en modalidad de leasing. Se estima que su precio ronda los 140.000 euros. Estos coches tienen 136 CV de potencia (100 kW) y una autonomía homologada en ciclo europeo de 594 km en el caso del Hyundai (tanques de hidrógeno de 700 bares), y de 460 km en el caso del Honda (tanques de hidrógeno de 350 bares).

Mercedes-Benz Clase B F-Cell plateado

Algunas unidades de preserie para pruebas del General Motors Chevrolet Equinox Fuel Cell y del Mercedes-Benz Clase B F-Cell también circulan por las carreteras de algunos países, pero sin saber cuál es su precio con seguridad. Desde luego son bastante caros, por ejemplo Mercedes-Benz tenía previsto poner a la venta "de manera normal" el Clase B F-Cell y al final lo retrasó al 2017, argumentando que el precio era demasiado alto y que apenas se vendería.

Toyota lanzará en 2015 el Toyota FCV, pero parece que estará también cerca de los 100.000 euros, al menos al principio. Honda ha anunciado que también para 2015 quiere lanzar la segunda generación del FCX Clarity, puede que algo más barata que la primera, veremos. Ford, Renault-Nissan y Mercedes-Benz, hablan de sacar sus modelos en el 2017. General Motors también tiene algún proyecto entre manos.

Los fabricantes tienen intención de abaratar aún más los costes y de llegar a un precio asequible allá por el año 2020, que podría estar alrededor de los 30 o 36.000 euros. Ese es el objetivo, y la previsión, pero por ahora los precios son esos que os comentamos. Ojalá se abaraten tanto.

Como referencia podemos recordar que un coche eléctrico de tipo medio como el Nissan LEAF, de 109 CV, con 200 km de autonomía, viene a costar en España unos 30.000 euros, con la batería en propiedad y sin descontar ningún tipo de ayuda del Estado, ni promoción de ningún tipo (el más básico, con ayudas, descuento, plan PIVE, promoción y baterías en alquiler estaría disponible a partir de unos 15.000 euros).

Un coche eléctrico premium como el Tesla Model S, de 367 CV y 502 km de autonomía (no es la versión más potente, por cierto), cuesta en España sin ayudas, ni promociones, ni descuentos, con las baterías en propiedad, unos 79.000 euros.

Hyundai ix35 FCEV vista lateral

Vida útil de la pila de combustible

Otro reto importante que tiene el coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno es la durabilidad y vida útil de la pila de combustible. Las pilas de combustible que se emplean ahora mismo no duran tanto como algunos creen.

Las pruebas de uso real desde al año 2009 muestran que la vida útil media de las pilas actuales es de algo más de 2.500 horas. Esto traducido a kilómetros no es demasiado, dependerá de la velocidad media, pero pueden ser unos 100.000 a 175.000 km, haciendo un uso mezcla de ciudad y carretera. Hay que recordar también que no todas las pilas son iguales, y algunas duran un poco más y otras un poco menos.

Está claro que esto debe mejorar, sobre todo porque si además de ser coches caros, a los 150.000 km hay que sustituir un componente que vale unos 40.000 a 50.000 euros, mal vamos. Y si encima también hay que cambiar la batería de iones de litio que lleva el coche, cuando tenga cierto tiempo, más gasto aún.

De nuevo hay que decir que ya se está trabajando en aumentar la vida útil de la pila, y hay ciertos progresos, pero por ahora esto es lo que tenemos.

Un tema que también se está investigando es el de la sensibilidad de la pila de combustible a la pureza del hidrógeno y del aire. Si la pureza no es suficiente el coche no funcionará bien, y por seguridad, para evitar daños y envenenamiento de la pila, lo normal es que deje de funcionar. También se trabaja ya en esto.

Algunas pilas como la del Honda FCX Clarity requieren un hidrógeno con muy alta pureza, que por ahora no está diponible en cualquier hidrogenera. Sucede algo parecido con el aire. Se necesita oxígeno para generar la electricidad, y este se toma directamente del aire del exterior, y aunque se filtra y comprime, si el aire "de la calle" está muy sucio y contaminado, la pila puede no funcionar bien.

Por cierto, debido al compresor del aire, los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno, al menos hasta el momento, no son tan silenciosos como un coche eléctrico, debido al ruido del compresor. Esto, aunque mal menor, también debería mejorarse.

Honda FCX Clarity vano motor

Estaciones donde repostar

Hablando de hidrogeneras. Para que los coches de hidrógeno sean útiles y prácticos se necesitan estaciones de servicio con surtidores de hidrógeno. Esto implica una gran inversión en infraestructuras, al menos en ampliación o adaptación de gasolineras existentes.

En Japón por ejemplo una hidrogenera viene a costar, a día de hoy, entre cinco y seis veces más que una gasolinera. Algunas fuentes llegan a valorar que la instalación de un surtidor de hidrógeno con dos mangueras, con su tanque, medidas de seguridad, etcétera, viene a costar entre 500.000 y 700.000 euros. En España hay muy pocos surtidores, y no todos son de acceso público.

En otros países como Alemania o Dinamarca, o algunos estados de Estados Unidos como California, es más fácil encontrar hidrogeneras, pero tampoco es que haya tantas. La intención de Alemania por ejemplo es llegar a tener unas 50 en el año 2015. Así otro gran reto es instalar el número suficiente de hidrogeneras como para que estos coches resulten utilizables.

Las petroleras, que mueven muchísimos miles de millones de euros anualmente, es probable que inviertan en hidrogeneras para reconvertir el negocio actual de vender gasolina en un negocio de vender hidrógeno (y así todo queda en casa).

Hidrogenera 014

Precio del hidrógeno

Y relacionado con la hidrogeneras no podemos obviar el precio del hidrógeno. En Alemania el kilo de hidrógeno viene a costar unos ocho euros. Si un coche consume 0,9 kg/100 km, estamos hablando de un coste de unos 7,20 euros a los 100 km, no se puede decir que salga muy económico. En España el precio del kilo de hidrógeno es algo más alto, pero he preferido no tenerlo en cuenta.

Si lo comparamos con un coche eléctrico "a secas", y si pensamos por ejemplo en España, con una electricidad de las más caras de Europa (la tercera más cara), con tarifa de discriminación horaria, y con todos los impuestos incluidos, recargando por la noche cuando el coche "duerme" en el garaje, cuando el precio es más bajo, un coche eléctrico medio hace 100 km por unos 0,83 euros, y recargando por el día, con el precio más alto, por unos 2,49 euros.

Explico mejor estos costes: se ha considerado el consumo eléctrico del coche eléctrico que comentamos antes, 14 kWh/100 km. Con precios de la Tarifa de Último Recurso vigentes a partir del 1 de enero de 2014, quien tenga tarifa de discriminación horaria con tarifa supervalle, por la noche paga el kWh a 0,044552 euros. Y quien no tenga tarifa de discriminación horaria pagaría igual de día y de noche, a 0,133295 euros el kWh. Y por supuesto al cálculo se han añadido todos los impuestos: el impuesto especial de la electricidad, y el 21% de IVA.

Chevrolet Equinox Fuel Cell

Pensemos que en 150.000 km, con un coche eléctrico se gastarían unos 1.245 euros, pero con un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno se gastarían unos 10.800 euros. O sea 9.555 euros más. Este ahorro no es baladí, con esos más de 9.500 euros que se ahorran con el coche eléctrico, da para cambiar la batería completa por una nueva, si fuera preciso.

Con el coche eléctrico se ahorra mucho, con un coche de hidrógeno por ahora apenas nada. Si además tenemos en cuenta el precio de compra del coche, hay modelos de coches eléctricos que cuesta amortizarlos comparados con un coche convencional, pero algunos hay que se amortizan si se hacen muchos kilómetros al año, pero un coche eléctrico de pila de combustible de hidrógeno, a día de hoy, es imposible amortizarlo.

Cuando explicamos en la primera parte cómo se obtiene el hidrógeno, en comprensible entender que su precio no sea bajo, ya que se consume mucha energía para su obtención y compresión, del orden de 60 a 75 kWh por kilo (y la energía cuesta). Si sumamos otros costes como transporte y distribución, y el margen de beneficio que quiera sacar la compañía que lo venda, más los impuestos, es difícil que el precio pueda ser muy bajo, pero ahí queda el reto.

Conclusiones

Y hasta aquí todo lo que hay hasta el momento sobre los coches eléctricos de pila de combustible de hidrógeno. Son coches reales y funcionan, pero no son perfectos, ni mucho menos.

A lo largo de estas dos extensas partes hemos intentado explicar lo mejor posible en qué situación se encuentran actualmente este tipo de coches, que se postulan como candidatos a ser el coche del futuro, y sustituir a los de gasolina y gasóleo convencionales.

Con todos los aspectos repasados punto por punto, con datos sobre la mesa, con sus ventajas e inconvenientes, e incluso comparándolos con el otro tipo de coches también candidatos a ser el coche del siglo XXI, los coches eléctricos "a secas", disponéis de la información para sacar vuestras propias conclusiones.

Yo, a título personal, sabiendo todo esto, solo diré que no creo que sean nuestra mejor opción, sobre todo por precio, coste de uso y eficiencia energética (y ojo, hablo solo de coches, no me refiero a autocares, ni camiones, ni barcos, que son muy diferentes). Quizás en los próximos años mejoren mucho, ojalá; quizás también lo hagan otras tecnologías, ojalá también; quizás no pueda haber una solución única para todo. Veremos.

En Xataka | El coche de hidrógeno no es solo humo: así es su tecnología

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