Coche eléctrico vs. coche de hidrógeno ¿qué tecnología se impondrá en el futuro?

 

Coche eléctrico versus coche de hidrógeno ¿qué tecnología se impondrá en el futuro?

Actualizado: 27.DIC.2023


 

Actualmente, nos encontramos viviendo un tiempo en el mundo de la automoción que podríamos calificar de transición, donde la vieja tecnología basada en los motores de combustión que funcionan con combustibles derivados del petróleo (ya sea gasolina o diesel) van dejando paso a unas nuevas formas de movilidad que, según parece, todo apunta a que finalmente será totalmente eléctrica.

Mientras tanto, para que esta transición no sea tan traumática y se haga de una manera gradual y ordenada, los fabricantes continúan sacando al mercado vehículos que todavía usan motores de combustión, pero que incorporan ciertas modificaciones que los hacen menos contaminantes, por ejemplo, vehículos adaptados al uso de biocombustibles (bioetanol y biodiesel, principalmente), o los llamados vehículos bifuel que usan un motor de combustión capaz de quemar dos tipos de combustibles (por ejemplo, gasolina y otro combustible alternativo menos contaminante como puede ser el hidrógeno, el gas natural comprimido (GNC) o gas licuado del petróleo (GLP). Sin olvidarnos también de las últimas versiones de los vehículos híbridos, ya sean enchufables o no enchufables, que combinan motor de combustión con motor eléctrico.

Pero la realidad es tozuda, y las grandes compañías energéticas no paran de invertir en la construcción de enormes plantas de energías renovables (solares, eólicas, biomasa, etc.) con la intención de disponer en un futuro próximo de suficiente energía eléctrica procedente de fuentes no contaminantes e inagotables, como es la energía que nos proporciona el sol o el viento, y a un coste de producción cada vez más barato. Toda esta ingente cantidad de energía que vamos a disponer, garantizará el flujo energético necesario para dar impulso a nuestro modelo de movilidad del futuro que, sin duda, será eléctrico, a un precio muchísimo más barato y que eliminará definitivamente nuestra dependencia del petróleo.

Por tanto, nuestra movilidad en el futuro será eléctrica, pero ¿qué tipo de tecnología emplearán nuestros vehículos? Parece que los fabricantes de automóviles eléctricos se están decantando principalmente por dos tipos de tecnologías: los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos de pila de combustible de hidrógeno. Cuál de los dos modelos de vehículos ganará finalmente la batalla es la pregunta del millón.

Para poder responder a esta pregunta, convendría primero entender en qué consiste cada modelo de tecnología de movilidad y sepamos ver sus ventajas e inconvenientes, con objeto de poder concluir cuál de ellas tiene más posibilidades de ser la dominante en un futuro próximo en el mundo de la automoción.

 

El coche eléctrico: ventajas y desventajas

Un vehículo eléctrico de batería o BEV (del inglés, Battery Electric Vehicle) es un tipo de vehículo que cuenta con uno o varios motores eléctricos que se alimentan exclusivamente con la energía almacenada en una batería recargable. Esta batería se recarga con el vehículo parado conectado a un punto de recarga de la red eléctrica, aunque también disponen de un sistema de frenada regenerativa que aprovecha la inercia del vehículo para recargar la batería cuando el vehículo está frenando. Estos vehículos son los conocidos como 100% eléctricos, o eléctricos puros, y no emiten emisiones.

Una vez que tenemos claro en qué consiste un vehículo eléctrico de batería, podemos enumerar algunas de sus ventajas más destacadas:

1.- Cero emisiones: Los vehículos eléctricos, al contrario que los de combustión, no generan ninguna emisión de gases contaminantes mientras funcionan.

2.- Acceso a puntos de recarga: Una de las ventajas de los coches eléctricos es la facilidad de instalar puntos de recargas dado que sólo se necesita acceso a una red de distribución eléctrica. En la actualidad, se pueden encontrar puntos de recargas en estaciones de servicios, centros comerciales, parkings públicos, etc. Incluso podemos instalar un punto de recarga en nuestra propia casa o en nuestra plaza de garaje. El coste de instalar un cargador de coche eléctrico en España puede variar entre 750 y 1500 Euros, dependiendo de las prestaciones que ofrezca el cargador y de las condiciones de la instalación eléctrica de nuestra casa.

3.- Bajo coste de la recarga: Un coche eléctrico consume, de promedio, unos 15 kWh por cada 100 km. Si hacemos la recarga de nuestro coche en casa durante la tarifa valle (de 0:00 a 8:00 horas) donde el precio ronda los 0,10 €/kWh, o incluso inferior, resulta que recorrer 100 km con nuestro coche eléctrico nos saldría por unos 1,5 Euros. ¡¡ No está nada mal !!.

4.- Menos averías mecánicas: Los vehículos eléctricos, al no disponer de motor de combustión, tampoco tienen los sistemas mecánicos auxiliares propios de los coches convencionales, es decir, no necesitan correa de distribución, ni embrague, ni caja de cambios, ni bomba de agua, ni bomba de combustible, ni filtros, ni muchos elementos propios de los coches convencionales. Por tanto, al contar con una mecánica mucho más simple con pocos elementos en movimiento expuestos al desgaste, su tasa de averías mecánicas es prácticamente inexistente o cercana al 0%.

5.- Mantenimiento casi inexistente: Los vehículos eléctricos tienen muy pocos costes de mantenimiento, ya que no necesitan hacer cambios de aceite, filtros, lubricantes, etc. Sólo requieren de un mantenimiento periódico mínimo para comprobar el estado del vehículo, como el sistema de frenos, dirección, los neumáticos, baterías y los filtros de polvo y polen por motivos de higiene.

6.- Frenada regenerativa: Los motores de los vehículos eléctricos pueden funcionar también como un generador, es decir, que pueden aprovechar el giro de las ruedas para generar electricidad y almacenarla en las baterías. Y esto es lo que se conoce como la frenada regenerativa, una ventaja que ofrecen los vehículos eléctricos de aprovechar la energía que tiene el vehículo durante las frenadas para recargar las baterías, y poder así, hacer más kilómetros.

7.- Mayor eficiencia del motor: La eficiencia es un concepto que relaciona la energía consumida y la realmente empleada en mover el vehículo. En este sentido, la eficiencia o rendimiento térmico máximo de un motor de gasolina está en torno a un 30% como máximo, mientras que el rendimiento de un motor diésel es del 40%. Esto es debido a las enormes pérdidas de energía que tienen lugar en los motores de combustión, por ejemplo, en forma de calor que se disipa por el sistema de refrigeración, por el rozamiento interno de piezas, fugas en válvulas, etc. Sin embargo, la eficiencia en los motores eléctricos supera el 90%, muchísimo más que los motores de combustión.

8.- Comodidad y confort: Otra de las ventajas de los coches eléctricos frente a los de combustión es que son muy silenciosos, debido a la ausencia de piezas móviles, sin explosiones en el proceso de combustión del motor y sin un sistema de escape. Asimismo, son muy suaves y agradables de conducir al no tener ni embrague ni caja de cambios.

Las anteriores son algunas de las ventajas que son importantes a la hora de valorar las prestaciones que tiene un vehículo eléctrico de batería frente a otras tecnologías. Sin embargo, también tiene algunos aspectos no tan ventajosos que deben ser tenidos en cuenta. Algunas de estas desventajas son:

1.- Autonomía: Una de los grandes cuestiones que todavía tiene que mejorar, y que los fabricantes van avanzando cada año, es la autonomía de los coches eléctricos. Aunque este aspecto ha mejorado mucho en los últimos años, todavía son pocos (y muy caros) los vehículos eléctricos de batería que superan los 600 km de autonomía homologada. Una cifra que se puede considerar suficiente para afrontar un trayecto largo en unas condiciones similares a las que ofrecen los coches de gasolina o diésel.

2.- Tiempo de recarga: Otro de los aspectos negativos de los coches eléctricos es el tiempo de recarga. El tiempo de recarga necesario para recuperar la capacidad de la batería es sensiblemente superior al que solemos emplear para llenar el depósito de combustible de un vehículo de combustión.

El tiempo de recarga de un coche eléctrico varía en función del tipo de batería y la potencia del cargador, pudiéndose distinguir 4 tipos de tiempos de recarga:

•  Tiempo de recarga lenta:

Se corresponde con los cargadores para uso doméstico, con objeto de hacer la recarga de nuestro vehículo desde casa. Se suele tardar entre 4 a 8 horas en recargar el vehículo. Para este tipo de carga es necesaria un cargador con corriente alterna monofásica, donde la potencia será determinante en el tiempo necesario de recarga. Así, si se emplea un cargador de potencia de 3,7 kW, que es la potencia mínima necesaria, se tardará aproximadamente 8 horas. Pero si se emplea un cargador de 7,4 kW de potencia, que suele ser la recomendada para este tipo de recarga, entonces se tardará aproximadamente 4 horas.

•  Tiempo de recarga semi-rápida:

Con la recarga semi-rápida se suele tardar de 1 a 3 horas en recargar completamente la batería de nuestro coche. Para este tipo de recarga se necesita una corriente trifásica de 400V y, según la potencia instalada, y la capacidad de la batería del vehículo, se tardará más o menos tiempo en cargar. Así, con un cargador de 11 kW, que es la potencia mínima necesaria para una carga semi-rápida, se tarda aproximadamente 3 horas. Pero con un cargador de 22 kW, que es la potencia máxima disponible para este tipo de carga, se reduce el tiempo de recarga a la mitad.

•  Tiempo de recarga rápida:

La carga rápida te permite tener tu coche cargado al 80% en aproximadamente 30 minutos. Este tipo de cargadores de carga rápida sólo se encuentran en estaciones de servicio, ya que es necesario disponer de cargadores específicos de corriente continua con una potencia de 50 kW.

•  Tiempo de recarga ultra rápida:

Los puntos de recarga ultra rápida son poco frecuentes y en la actualidad todavía no hay tantos puntos de recarga de este tipo disponibles en las estaciones de servicio. Con los cargadores de recarga ultra rápida en tan sólo 5 ó 10 minutos se puede tener la batería totalmente cargada. Para este tipo de cargadores se requiere de 150 kW de potencia y una intensidad de corriente de 375A o superior. Es una carga muy práctica y cómoda, sobre todo para viajes por carretera.

3.- Peso del vehículo: Otro de los aspectos negativos de los coches eléctricos es su elevado peso debido principalmente a la batería. Sólo la batería de un coche eléctrico puede variar entre los 200 y 600 kg. de peso, dependiendo de su capacidad de almacenamiento.

De este modo, la mayoría de los coches eléctricos disponibles en el mercado tienen un peso total superior a 1500 kg, situándose la mayoría entre los 1500 y los 2000 kg, con algunas excepciones.

El peso elevado de un vehículo afecta negativamente a la durabilidad de los neumáticos, y también al sistema de suspensión. Por ello, los fabricantes de neumáticos se han visto obligados a sacar al mercado versiones de neumáticos específicos para vehículos eléctricos que garanticen una mayor durabilidad.

Otro aspecto que afecta negativamente a la durabilidad de los neumáticos, además del peso, es que en los vehículos eléctricos se consigue una respuesta casi instantánea del par de fuerza que se transmite a las ruedas cuando se pisa el acelerador. Esto hace que la vida útil de los neumáticos de los vehículos eléctricos sea inferior que los vehículos de combustión, donde la transmisión del par de fuerza a las ruedas se hace de manera más gradual.

4.- Coste de las baterías: Otro de los aspectos negativos de los coches eléctricos es el elevado costo, no sólo económico sino también medioambiental, que se incurre para la fabricación de las baterías. Actualmente, la tecnología aplicada para la fabricación de baterías necesita del empleo de minerales raros como el litio, cobalto o níquel, que son escasos y caros de obtener. Además, en muy pocas zonas del planeta se conocen yacimientos que permiten su extracción, por lo que se crea otro problema añadido, la dependencia de estos terceros países para disponer de estos materiales, además del impacto medioambiental que supone la actividad minera para su extracción.

 

El coche de pila de hidrógeno: ventajas y desventajas

Mientras un eléctrico de batería funciona, como hemos visto antes, con la electricidad almacenada en una batería que necesita recargarse cuando se agota, en un vehículo eléctrico de pila de combustible de hidrógeno produce su propia electricidad a través de una reacción química que se produce en su pila de combustible.

¿Qué es una pila de combustible?

Se entiende por pila de combustible a cualquier dispositivo capaz de transformar mediante una reacción química la energía almacenada en un combustible en energía eléctrica que puede ser utilizada para otros usos, como por ejemplo, para hacer funcionar el motor eléctrico de un vehículo.

Este proceso tiene lugar gracias a una reacción química controlada que ocurre en el interior de la pila, y que emplea como reactivos un combustible (en este caso, hidrógeno) y un elemento oxidante (oxígeno), dando lugar a otros productos (en el caso de la pila de hidrógeno, se obtiene como producto agua) y a una corriente eléctrica que se evacua a un circuito externo para poder ser empleada para otros fines, que en el caso de los vehículos de hidrógeno es para hacer funcionar el motor eléctrico que los mueve.

Por tanto, las pilas de combustible realizan la misma función que una batería eléctrica convencional, es decir, proporcionar energía eléctrica, con la diferencia que las pilas de combustible se pueden abastecer de una manera continua de los reactivos a partir de una fuente exterior, tanto del combustible como del oxígeno. Este hecho le confiere a las pilas de combustible la capacidad de poder alcanzar una mayor autonomía frente a la que puede ofrecer una batería eléctrica.

De todos los combustibles posibles que se pueden utilizar en una pila, es el hidrógeno uno de los más empleado para la fabricación de pilas de combustible con aplicaciones en la automoción. Los llamados vehículos de hidrógeno utilizan este elemento como combustible para hacer funcionar la pila que genera la electricidad para propulsar al vehículo.

El uso de pilas de hidrógeno está plenamente justificado, debido a que es un elemento que abunda en la naturaleza y su reacción con el oxígeno resulta no contaminante, dado que como producto de la reacción se genera vapor de agua, según la siguiente reacción química: H2 + ½ O2 → H2O

Esquema de aplicación de la pila de combustible en vehículos

Una vez que tenemos claro en qué consiste un vehículo de hidrógeno, podemos enumerar algunas de sus ventajas más destacadas:

1.- Cero emisiones: Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno no generan ninguna emisión de gases contaminantes mientras funcionan, dado que la reacción que se produce en la pila de combustible del hidrógeno con el oxígeno produce agua, así que, es vapor de agua lo que expulsa un vehículo de hidrógeno por el tubo de escape.

2.- Más autonomía: La autonomía de los vehículos de hidrógeno es uno de los puntos fuertes de esta tecnología. Así, mientras la mayor parte de vehículos eléctricos de batería que se comercializan actualmente ofrecen una autonomía de entre 300 y 500 km (hay modelos muy por encima de este rango, claro está, pero también son muy caros), los modelos de vehículos de hidrógeno que se comercializan en la actualidad alcanzan una autonomía superior a los 800 km con una sola carga, similar a los vehículos de combustión de gasolina o diesel.

3.- Recarga más rápida: Repostar un depósito de hidrógeno lleva menos de 5 minutos, lo que hace de este tipo de vehículos ideales para trayectos largos, combinando una gran autonomía, alta eficiencia y energía 100% eléctrica.

Para repostar solo tenemos que enchufar la manguera y activar el seguro, apretar el botón de inicio de recarga del surtidor de la hidrogenera y esperar a que éste acabe. Finalizado el proceso, hay que quitar el seguro y desenchufar la manguera del vehículo. ¡¡ Así de fácil !!

Como se ve, recargar un vehículo de hidrógeno es totalmente seguro, similar a como se repostaría un vehículo convencional de gasolina o diesel, y tan sólo te llevará entre 3 ó 5 minutos para repostar un tanque completo de hidrógeno.

4.- Gran eficiencia: La eficiencia energética de los vehículos de hidrógeno está por encima del 60%, muy superior a la eficiencia de los motores de gasolina (en torno al 30%) o de los diésel (40%), aunque inferior a los valores de eficiencia de los vehículos eléctricos de batería (que se sitúa en torno al 90%).

A pesar de todas estas ventajas, los vehículos de pila de combustible de hidrógeno también presentan ciertas desventajas que están impidiendo su rápida implantación en el mercado actual. Algunas de estas desventajas son:

1.- Elevados precios: El uso de la pila de combustible de hidrógeno implica la instalación en el vehículo de una tecnología que emplea componentes muy caros, lo que repercute muy negativamente en el precio final del vehículo.

2.- Pocas estaciones para repostar: Otro aspecto que está frenando la implantación de esta tecnología es el elevado precio en que se incurre para la producción, almacenamiento y distribución del hidrógeno. El hidrógeno es un gas muy difícil de producir de manera aislada. Es muy volátil y, almacenado a altas presiones, también muy inflamable, lo que finalmente hace del hidrógeno que sea un combustible muy difícil de transportar y almacenar por su bajo punto de ebullición y alta inflamabilidad. Todo esto repercute en que haya en la actualidad pocas estaciones de servicio (hidrogeneras) preparadas para poder repostar hidrógeno, debido a su alto costo de construcción y mantenimiento, que no las hace muy rentables en la actualidad.

3.- Menor vida útil: Los componentes del vehículo de hidrógeno, como son la pila de combustible o el depósito de almacenamiento de hidrógeno a alta presión, tienen una vida útil limitada y menor al que puede tener un vehículo convencional. La normativa fija un máximo de 15 años por motivos de seguridad, principalmente debido a los tanques de hidrógeno, que son depósitos sometidos a muy alta presión y deben conservar su total estanqueidad durante su vida útil. El hidrógeno es un gas muy volátil, y sometido a altas presiones de almacenamiento es también muy inflamable, con el consiguiente riesgo de explosión en caso de fuga, por lo que mantener los más altos niveles de seguridad en estos componentes es de una vital importancia.

4.- El hidrógeno es muy inflamable: El hidrógeno es un gas extremadamente inflamable, de hecho, el hidrógeno se enciende y arde más fácilmente que la gasolina o el gasóleo. Incluso una chispa de electricidad estática procedente del dedo de una persona es suficiente para desencadenar una explosión cuando está presente el hidrógeno.

El hidrógeno tiene un rango de inflamabilidad muy amplio (entre el 4% y el 74% de concentración de hidrógeno en el aire puede dar lugar a una explosión) y requiere de muy poca energía de activación para iniciar la combustión. Cuando el hidrógeno se combina con un agente oxidante y se genera una chispa, el proceso de combustión puede ser explosivo. Si este proceso se lleva a cabo en un recinto cerrado, como en un tanque de almacenamiento a alta presión, entonces este proceso puede ser muy destructivo.

El hidrógeno es inodoro, incoloro e insípido, por lo que las fugas son difíciles de detectar sólo con nuestros sentidos. Además, la llama del hidrógeno también es invisible por lo que, en caso de incendio con este gas, resultaría difícil determinar con precisión dónde está el fuego real para detener su propagación.

 

Entonces, ¿qué tecnología se impondrá en el futuro?

Visto los pros y los contras de ambas tecnologías, ahora sólo nos queda por discutir cuál de las dos formas de movilidad, el coche eléctrico a batería o el coche de hidrógeno, prevalecerá en nuestras carreteras en un futuro próximo.

Los vehículos eléctricos parten con una importante ventaja que es que cuentan con un sistema de generación y de distribución de la energía eléctrica ya existente, como es nuestra red eléctrica, por lo que prácticamente se podrá contar con un cargador eléctrico allá donde haya un enchufe.

Por otro lado, el principal problema del hidrógeno es que es un elemento que no está presente en la naturaleza de manera libre, sino que se obtiene a partir de otros recursos naturales como, por ejemplo, el agua mediante un proceso de electrolisis, para lo cual hace falta hacer uso de un importante consumo de energía. La electrolisis es un proceso que resulta en la actualidad excesivamente caro y requiere de un consumo exagerado de recursos naturales, como es el agua tan escasa en ciertos lugares del planeta, y de una gran cantidad de energía eléctrica.

Otro problema del hidrógeno como combustible, es su baja densidad energética, por lo que se requiere emplear grandes cantidades de hidrógeno para conseguir cierta autonomía. Para hacerlo rentable el hidrógeno deberá ser almacenado en tanques a muy altas presiones, con el fin de disponer de la cantidad suficiente de hidrógeno para hacer funcionar la pila de combustible.

Otro inconveniente del hidrógeno es que es un gas muy volátil debido a que su molécula, al ser de muy reducido tamaño en comparación con las moléculas de otros elementos, tiene mucha facilidad de fugarse de los depósitos y tuberías donde se almacena, lo que termina originando pérdidas por fuga del combustible.

El alto riesgo de fuga de hidrógeno de los tanques utilizados para su almacenamiento es especialmente grave al ser el hidrógeno un gas altamente inflamable, lo que obliga a cuidar al máximo los sistemas de ventilación y las redes de distribución eléctrica en aquellos lugares cerrados donde se puedan estacionar vehículos con instalaciones de suministro de hidrógeno.

El transporte del hidrógeno a las estaciones de servicio donde repostar es otro de los grandes problemas que afecta negativamente a la implantación de hidrogeneras por todo el país. El hidrógeno en contacto con el acero aumenta su fragilidad, lo que obliga a diseñar tanques especiales para el transporte del hidrógeno, lo que encarece mucho su logística.

En definitiva, son muchos los inconvenientes que a día de hoy impiden una rápida implantación del hidrógeno como combustible para vehículos. Entre los más importantes, que es una tecnología cara para implantarla con garantías de seguridad en vehículos, se necesita de mucha electricidad de origen renovable y de grandes cantidades de agua para generar el suficiente hidrógeno para satisfacer la demanda, y que su transporte y almacenaje es también muy caro.

Por lo tanto, y desde mi punto de vista, esta batalla parece que finalmente la ganará el vehículo eléctrico de batería, por lo menos en un futuro inmediato. La simplicidad mecánica de un vehículo eléctrico que hace que estos vehículos prácticamente no necesiten de mantenimiento, la disponibilidad de puntos de recarga allá donde llegue una línea de distribución eléctrica (cada año aumentan en número dado lo fácil que resulta su instalación), y los continuos avances en el diseño de nuevas baterías con más capacidad de carga, hacen que la implantación del vehículo eléctrico vaya alcanzando cotas cada vez más altas respectos a otras tecnologías aplicadas a la movilidad.

 

 

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