Tecnología

El hidrógeno en ayuda del eléctrico

Los constructores piensan en la pila de combustible para potenciar el despegue del eléctrico. Los primeros vehículos de hidrógeno estarán en las carreteras en 2015.


Aunque los motores térmicos equiparán todavía a las tres cuartas partes de los vehículos en unos 20 años, la electrificación del automóvil, aunque compleja, es imparable. Según un estudio del gabinete McKinsey, dos vehículos de cada tres tendrán un motor eléctrico en 2030. La hibridación como la conocemos hoy debería tener un pico de ventas entre 2025 y 2030 (35 % de la producción de vehículos) para a continuación decrecer y dejar lugar al “ todo eléctrico ”. Tres tecnologías cohabitarán entonces: el “ sólo baterías ” para los pequeños vehículos (aprox. 35 % de la producción global de vehículos), la hibridación baterías/pila de combustible (PAC*) para los segmentos medios (aprox. 40 % de la producción) y el todo PAC en los vehículos superiores (aprox. 25 % de la producción). Esta distribución de las tecnologías según los segmentos se explica esencialmente por razones de coste. A igual autonomía, hacer funcionar grandes berlinas únicamente con baterías será más caro que utilizar una PAC. Al contrario, sería demasiado costoso hacer rodar un pequeño vehículo con una PAC. La cuestión del peso se debe considerar también. A título de ejemplo, para una autonomía de 500 kilómetros, el peso de la energía embarcada necesaria es de 43 kg de combustible en caso de un motor térmico, de 125 kg de hidrógeno para un vehículo con PAC (peso del depósito inclusive) y de 830 kg de baterías para un vehículo todo eléctrico funcionando únicamente con baterías

Primeramente como prolongador de autonomía

Como dejan entrever las proyecciones del instituto McKinsey, la utilización de una PAC en el automóvil eléctrico es la solución de futuro para la movilidad del mañana, privada de petróleo. Funcionando a partir de hidrógeno, la PAC posee además la ventaja de estar más en consonancia con el mundo de la distribución actual de combustible.
En Michelin, se trabaja la PAC desde 2004. La prueba es el interés por esta tecnología. El fabricante de neumáticos ha puesto a punto dos generaciones de vehículos prototipos llamados Hy-Light. Con un peso de 850 kg, el Hy-Light 2 consume 0,7 kg de hidrógeno a los 100 kilómetros, menos que el promedio dado de 1 kg/100 km. Más recientemente, el fabricante ha desarrollado otro prototipo: el Fcity-H2. Este vehículo, matriculado, utiliza una PAC como prolongador de autonomía. La PAC recarga los 100 kg de baterías una vez vacías de su energía. La autonomía del vehículo es del orden de 150 kilómetros embarcando 1 kg de hidrógeno. Sólo habría sido de 80 kilómetros sin la PAC.
Por tanto, es por la solución híbrido-baterías/PAC por lo que apuesta Michelin. Los ingenieros avanzan que la utilización de una PAC como prolongador, duplica la autonomía de un vehículo eléctrico aligerándolo sensiblemente a la vez. Además, su situación precisa modificar muy poco la arquitectura. La sociedad francesa Symbiofcell está especializada en la fabricación de PAC prolongadoras de autonomía. Con la complicidad de Renault, ha puesto a punto sin problemas mayores una Kangoo ZE H2 cuya autonomía ha sido extendida a 320 kilómetros. « Batería y PAC son perfectamente complementarios. La batería aporta la potencia necesaria para la rodadura, pero su autonomía es débil y su carga lenta. La PAC se muestra como un excelente generador de energía de alta densidad. Ella aporta la autonomía aligerando el peso del vehículo, que precisa entonces menos baterías. Queda por construir la red de distribución de hidrógeno » explica Pierre Varenne, Director de Michelin Investigación y Técnica.
Pero la distribución del hidrógeno no es el único obstáculo para el desarrollo de la PAC. Los técnicos deben todavía resolver la pregunta de su duración que debe alcanzar como mínimo las 5000 horas, contra 2000 actualmente, y soportar cerca de 40000 arranques. Hace falta también evitar los efectos del hielo en tiempo frío. De manera global, las condiciones de incorporación de una PAC en un vehículo plantean todavía numerosos retos como su refrigeración, la filtración, la securización, etc.

Disminuciones de precio programadas

zero emisionEn lo que corresponde al precio de la tecnología PAC, hasta ahora reservado para la industria del automóvil, debería inevitablemente caer bajo el efecto de los volúmenes y de los progresos tecnológicos. Si una PAC de 80 kW vale hoy de media unos 500 €/kW (40000 €) para una producción de 1000 unidades, las tarifas deberían ser del orden de 110 €/kW (100000 unidades) en 2015, fecha en la cual se iniciará la comercialización de los vehículos movidos por hidrógeno. O sea, 8800 € la PAC. En 2020, el precio del Kwh será, según McKinsey, de 43 € con una producción industrial que debería alcanzar el millón de PAC. A aproximadamente 3500 € la PAC, el negocio es viable para una utilización en el automóvil.
Los especialistas afirman que en 2020 un vehículo movido por hidrógeno no será más costoso que un vehículo actual de combustión interna. Gracias a su avance en su tecnología híbrida, Toyota quiere comercializar en tres años un primer modelo de pequeña serie funcionando con PAC. El fabricante trabaja en el tema desde 2002 con la puesta a punto de un primer prototipo denominado FCHV que rueda sólo con hidrógeno. En 2008, la marca ha puesto en las carreteras la segunda generación del FCHV, cuyo precio ha sido reducido a la décima parte. El vehículo, con una autonomía de más de 800 kilómetros, es capaz de rodar hasta 150 km/h, incluso a - 30 °C. El objetivo del japonés es dividir todavía por dos los costes de producción. Para ello, se apoyará en un primer momento en la hibridación eléctrica. El vehículo sacará su energía a la vez de un pack de baterías y de una PAC. La berlina FCV-R tendrá una autonomía de 500 kilómetros y embarcará dos depósitos de hidrógeno de tamaño reducido debajo de la banqueta trasera.

El reto de la distribución de hidrógeno

Hay unas 30 estaciones de hidrógeno en Europa, cuyo precio se eleva a 1 millón de euros para una bomba capaz de suministrar 200 kg de gas por día. Una treintena más deberían aparecer próximamente con un despliegue que debería acelerar a partir de 2015. En concertación con los constructores de automóviles, la sociedad Air Liquide se ha comprometido a hacer infraestructuras de distribución en Francia y en Europa con la promesa de instalar una veintena de estaciones en tres años.
Para arrancar, el fabricante de gases se centra en el desarrollo de estaciones móviles, fácilmente implantables en las estaciones de servicio existentes, en concreto, de la red Total. Permiten llenar 5 kg de hidrógeno a presión (700 bar) en menos de cinco minutos, lo que confiere al vehículo equipado únicamente con una PAC, una autonomía de 500 kilómetros. El precio estimado del gas está comprendido entre 7 y 10 €/kg para 2020. Con el impulso del consorcio H2Mobility (proyecto de referencia en Europa que agrupa fabricantes de gases, petroleras, proveedores y la mayoría de los constructores), Alemania está en cabeza del despliegue de las bombas de hidrógeno. Una cincuentena de estaciones están previstas para el año 2015. Quince son ya operacionales. El país debería ver circular sobre sus carreteras 5000 vehículos de hidrógeno de aquí a cuatro años. Francia acusa un gran retraso, a la inversa de los países de Europa del norte, Europa central e Italia.

* Una PAC (pila de combustible) es un generador eléctrico alimentado continuamente por hidrógeno almacenado a alta presión a bordo del vehículo. A partir de este gas, la PAC fábrica corriente eléctrica por un tratamiento molecular.