Powertrains y pila de combustible de hidrógeno en vehículos eléctricos

  • Posted on: 13 January 2021
  • By: tuteorica

Powertrains y pila de combustible en vehículos eléctricos

Powertroins vehiculo electrico
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA

Powertrains

 

Cuando se habla de aumentar la autonomía de los coches eléctricos, siempre se habla del desarrollo de baterías con más capacidad. Si bien es cierto que las baterías son un factor muy importante en la autonomía, hay otros muchos factores que afectan en el consumo de los vehículos, como pueden ser el peso, la aerodinámica o la eficiencia de los componentes.

En ese sentido, se pueden hacer muchas mejoras en el tren de potencia de los coches eléctricos. A corto plazo, las principales mejoras se basan en:

  • el control de conducción con un solo pedal,
  • la utilización de dos motores
  • y la mejora de la frenada regenerativa. Tres conceptos muy interrelacionados.

En un principio, los fabricantes de coches eléctricos intentaron que éstos se comportasen como los de combustión. Incluso se anunciaban diciendo “es como un coche normal, con las mismas comodidades”. Incluso se han llegado a simular sonidos de motor de combustión con los altavoces y cambios de marcha en la única velocidad que tiene un coche eléctrico.

Pero el coche eléctrico es algo totalmente diferente, y por eso no debe ser conducido como uno de combustión.

La conducción de un vehículo eléctrico está evolucionando hacia el uso de un solo pedal. Muchos conductores aseguran que apenas usan el pedal de freno durante la conducción de sus coches. Sólo con el pedal del acelerador y la frenada regenerativa son capaces de conducir el coche, recuperando así toda la energía posible.

Con la adición de un segundo motor, este sistema podría ser aún mejor. Aparte de los beneficios de la tracción a las cuatro ruedas, la frenada regenerativa podría ser aún más potente. Se podría recuperar mucha más energía. Con una buena gestión de software, esta regeneración podría hacer el mismo trabajo que los frenos de fricción, tratando de disipar la menor energía posible en los discos de freno. Tesla ya se está dirigiendo a la tracción total en todos sus coches.

No hay nada escrito acerca de cómo debe ser la frenada regenerativa. Cambia de un fabricante a otro e incluso muchos propietarios no tienen claro cómo funciona. Los coches terminarán llevando unos parámetros adaptables para que el conductor pueda ajustarlos a su gusto.

 

Propulsión con pila de combustible

 

El sistema de propulsión con pila de combustible con hidrógeno para producir electricidad parece contar con las cualidades para tomar el relevo al motor térmico dentro de unos años, con un periodo de transición por aspectos técnicos y sobre todo macroeconómicos y de gestión/distribución del hidrógeno que ya comienzan a solventarse.

Se basa en alimentar un motor eléctrico, que mueve las ruedas mediante una transmisión reducida o se ubica más de uno en las ruedas. Sería un sistema similar al de propulsión eléctrica con baterías, con la diferencia de que la electricidad se genera durante la marcha. Su aportación es utilizar el hidrógeno para producir la energía eléctrica que mueve el automóvil, es la pila de combustible, también llamada célula de combustible o “Fuel Cell”.

Es parecido al concepto de batería, pero permite el rellenado de reactivos constantemente. Parte de sus catalizadores (materiales que facilitan las reacciones químicas) son muy escasos y caros, motivo por el cual las pilas suelen ser tremendamente caras. Es uno de los desafíos de diseño que se intentan resolver.

Como la pila de combustible produce electricidad, será consumida por un motor eléctrico, como los coches eléctricos puros. La eficiencia total es muy superior a un vehículo de combustión interna, pero es inferior a la de un vehículo eléctrico con energía almacenada en baterías.

Para que una pila de combustible no produzca emisiones locales, debe usar hidrógeno puro. Hay pilas que utilizan combustibles ricos en hidrógeno, pero con otros componentes que han de desecharse. Si se quiere que no existan emisiones a secas, el hidrógeno debe venir exclusivamente de fuentes renovables.

Pila de combustible
Pila de combustible. Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA

 

Pila de combustible y baterías

 

El paradigma de repostaje de las pilas de combustible se asemeja más al de los coches actuales. Se puede recargar un depósito en muy poco tiempo, en vez de horas. Además, es fácil crear una infraestructura de hidrogeneras que lo sirvan, frente a la “incomodidad” de cargar el coche en casa o en puntos de recarga.

La autonomía que proporciona un vehículo de pila de combustible es superior al de las baterías eléctricas a igualdad de tamaño y peso. Como sustituto total de los motores de combustión interna por energía fósil, es una de las mejores ideas que se están valorando, pero la autonomía es inferior a la que nos da el petróleo o el gas (a igualdad de volumen).

Es más económico crear una infraestructura de coches eléctricos que de coches movidos a hidrógeno. No solo está el problema de generar el hidrógeno, también está el del almacenamiento en las hidrogeneras y dentro del propio vehículo. Volvemos a lo de antes: rentabilidad, seguridad, ecología.

La pila de combustible, de momento, es más interesante para vehículos de gran tamaño, como camiones y autobuses. Ahí podemos almacenar mucho hidrógeno en volumen sin que suponga un gran incremento de peso en masa. En un turismo pequeño eso es más difícil: a 200-350 bares de presión, 1 kg de hidrógeno ocupa 60 litros de volumen.

A la presión atmosférica, para almacenar 1 kg de hidrógeno necesitamos 11.000 litros de capacidad. Orientativamente, 1 kg de hidrógeno proporciona energía para hacer unos 100 km en un turismo. La comparación con los depósitos de zumo de dinosaurio sigue siendo insultante a igualdad de volumen. A igualdad de masa, el hidrógeno es insuperable.

En cuanto al precio, el hidrógeno no es competitivo con los combustibles fósiles porque se necesita energía para transformarlo. Habrá que esperar años para verlo como producto en gasolineras, y habrá que esperar más para que sea más rentable que los combustibles clásicos o los alternativos. De todas formas, la apuesta que han hecho algunos países por el hidrógeno verde, incluyendo la Unión Europea, pueden acelerar este proceso.

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