Movilidad sostenible: Vehículo eléctrico con pila de combustible

La ineficiente y altamente contaminante industria actual del automóvil basada en el petróleo, tiene que dar paso a alternativas más sostenibles, eficaces y respetuosas con el medio ambiente.

Autora: Carmen García Gonzalo

En la actualidad, el mayor consumo de energía esta asociado al transporte, consumiendo este el 60% del petróleo extraído en todo el mundo. Así, los vehículos propulsados por motores térmicos son los responsables de la mayor parte de las emisiones de gases de efecto invernadero principalmente, CO2, compuestos nitrogenados y sulfurados. Cuanto antes se reduzcan estas, menor será el impacto de nuestra actividad sobre el clima de nuestro planeta.

Según el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales (ONU), el transporte será probablemente la fuerza principal que encabezará a escala mundial el aumento de la demanda de energía. Se trata del destino final más importante de la energía en los países desarrollados y el de crecimiento más rápido en la mayoría de los países en desarrollo.

A continuación, se muestra el consumo de energía final por sectores y previsiones, para el periodo 1980-2035.

Fuente: Annual Energy Outlook 2012

 El desarrollo tecnológico a nivel mundial de un transporte sostenible con vehículos eléctricos, esta propiciado por diferentes aspectos que conforman nuestra actualidad con distintos desafíos como son el problema del cambio climático, las emisiones de CO2 y otros agentes contaminantes, la volatilidad de los precios de los combustibles y la garantía de seguridad en el suministro.

En este contexto, la situación mundial en cuanto al número de habitantes y el cambio de estilo de vida con un previsible aumento de la movilidad, conforman una realidad a la que hay que dar soluciones.

A este respecto, se muestra la distribución de la población mundial rural y urbana desde 1950 y con las previsiones al 2050. Apreciándose que la población urbana superó, por primera vez, a la rural en el año 2007.

Fuente:  United Nations.

Por otro lado, las previsiones de crecimiento del mercado mundial del automóvil en millones de vehículos en función de los años y por países, se pone de manifiesto en el siguiente gráfico:El transporte sostenible y energéticamente eficiente debe ser una prioridad y formar parte de una estrategia energética mundial, a fin de poder alcanzar cuanto antes el objetivo de un sistema de transporte en gran medida libre de emisiones de carbono, más eficiente y sostenible.

Como alternativa a esta problemática compleja, el vehículo eléctrico puede contribuir a una utilización más eficiente de los recursos y a una economía más ecológica, basada en el conocimiento y la innovación.

Desde el punto de vista de la tecnología, los principales componentes del vehículo eléctrico y valores aproximados de sus rendimientos, se describen a continuación:

Esquema vehículo eléctrico

La energía eléctrica es suministrada por la batería y el convertidor electrónico controla el flujo de energía de la batería al motor eléctrico, el cual entrega energía mecánica a la transmisión del vehículo.

Una alternativa de mejora de esta tecnología es el vehículo eléctrico con pila de combustible, en el que esta sustituye parcial o totalmente a la batería.

Esta pila de combustible es alimentada por el hidrógeno almacenado en un depósito situado en el vehículo y genera energía eléctrica para hacer funcionar el motor eléctrico que moverá las ruedas.

Los aspectos que aportan una optimización de la tecnología de pilas frente a la de baterías, principalmente son:

  • Menor peso
  • Producción de energía limpia a un voltaje constante
  • Mayor tiempo entre recargas (en las pilas llenado de H2) y menor duración de la recarga.
  • Se elimina la necesidad de cargadores de batería, con el consiguiente gasto de energía eléctrica

Con este tipo de planteamiento, el coche eléctrico con pila de combustible puede jugar un papel importante ya que esta alternativa es capaz de proporcionar una potencia eléctrica libre de contaminantes, con un alto rendimiento.

 

Fuente: Renault-Nissan

REFERENCIAS:

Resolución del Parlamento Europeo, de 6 de mayo de 2010, sobre los vehículos eléctricos

Estrategia de vehículos de bajas emisiones de CO2. PSA PEUGEOT CITROËN

Annual Energy Outlook 2012

Nueva estrategia energética para Europa 2011-2020. Parlamento Europeo

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El hidrógeno es una mentira, un engañabobos. Por resumir la situación coge en el dibujo que has puesto y sustituye el 65% por un 25%, y empezaras a ver porque el hidrógeno no es tan buena idea.
Las bondades que le presupones, energía limpia, tiempo de recarga y, especialmente, el alto rendimiento, debes respaldarlas con estudios y valores, de lo contrario se quedan simplemente en buenas intenciones.
No pretendo hacer spam, pero creo que deberías leerte esto, y después hablamos de si nos intentan mentir, o no
http://www.luisllamas.es/2012/02/la-mentira-del-hidrogeno/

Estimado Luis.
En este weblog no se trata de engañar a nadie. Si repasas todas las entradas, verás que se han tratado muchas alternativas energéticas desde distintos puntos de vista. En cuanto a las “bondades” de si el hidrógeno se trata de un vector energético limpio, tiempos de recarge, etc. puedes consultar numerosos artículos publicados en revistas científicas (Energy & Fuels, Fuel, IJHE, etc.) que lo avalan. Al igual que en tu web incluyes algunas citas en contra del hidrógeno, se podrían buscar otras en favor del mismo de científicos importantes o de fabricantes de coches japoneses.
En cualquier caso, tu opinión queda recogida en el blog y cualquier aportación futura será bien recibida, pero, por favor, no incidas en que “nos intentan mentir”. No hay por qué atacar las opiniones de cualquier otra persona.
Saludos
Javier

Javier Dufour, no pretendía dar a entender que tu blog miente. Me refería a que hay ciertas compañías con grandes inversiones y, por tanto grandes intereses, en una tecnología que no resulta tan ecológica como la venden..
Artículos y citas podrás encontrar que apoyen ambas tesis, obviamente. Sin embargo si estos vienen de fabricante de pilas de combustible o coches de hidrógeno entiende que, a priori, desconfíe.
Esta bien respetar la opinión de todos, es loable. Lamentablemente hay cosas subjetivas, como “me gusta el rojo”. Se podría debatir sobre la validez de “hace calor”. Pero “2+2=4″… no es opinable.
Las leyes de la termodinámica impiden ciertas cosas. La química elemental, otras. No es una opinión que el ciclo de carga-descarga del hidrógeno es del 25%. No son buenas intenciones, son medidas empíricas realizadas en laboratorio. El consumo energético es muy superior al de un coche de combustión interna, así que no resuelven el problema, se trasladan a las centrales energéticas.
Tus intenciones con el artículo son positivas, obviamente, igual que las de todos que nos preocupamos por la eficiencia energética. Pero el coche de combustión interna también se consideró en tiempos, no contaminante, puesto que el CO2 era inocuo. En esa época ni imaginaban que el uso masivo tuviera efectos sobre el clima. Hay que tener cuidado que el remedio no sea peor que la enfermedad. Y no perder el tiempo debatiendo si 2+2 son 4

Hola Luis.
Gracias por tu mensaje. Para continuar con nuestra conversación, vamos a centrarnos en problema de la energía para el transporte. Si nos fijamos en el coche eléctrico, tendremos que ver de dónde viene la electricidad (esperemos que de renovables) y, sobre todo, lidiar con el problema de su autonomía (alrededor de los 100 km en la actualidad, aunque esperemos que mejore).
Si utilizamos biocombustibles no tendremos el problema de la autonomía y no habría que modificar excesivamente los motores actuales, pero se producirá una emisión neta de CO2, aunque menor que la de los combustibles fósiles siempre que sean de segunda generación (si los biocombustibles son de primera generación, su huella de carbono puede ser superior a la de los combustibles fósiles).
Respecto al hidrógeno, los problemas de autonomía son mejores que en el caso del coche eléctrico, pero peores que en los coches de combustión interna (aunque el hidrógeno se podría alimentar a éstos solventando ciertos problemas de materiales). Si se obtuviera a partir de energía solar (water photo-splitting o con energía solar de concentración), el problema del rendimiento termodinámico no sería tan importante, ya que se trataría de una fuente inagotable (cuando se agote, poco nos preocupará la movilidad). De hecho, ya se está construyendo algún prototipo de producción de hidrógeno para acoplarlo a las plantas termosolares con fuerte inversión de la Unión Europea.
Con todo esto, ¿cuál será la energía del futuro? Creo que será un “mix” de todo lo anterior. Los biocombustibles se utilizarán a medio plazo para dar paso a la electricidad y al hidrógeno, cada uno dirigido a un diferente objetivo, la electricidad al transporte urbano y el hidrógeno al interurbano. En cualquier caso, las dos tecnologías todavía necesitan un largo camino para su implantación.
Un último comentario sobre si el remedio es peor que la enfermedad. Invitaría a todos los lectores a consultar algunos trabajos publicados sobre el análisis de ciclo de vida de estos combustibles o vectores energéticos (algunos publicados en este blog). Estos estudios de ACV tiene en cuenta todos los impactos generados desde la “cuna a la tumba” del producto, es decir, desde que se extraen las primeras materias primas para su obtención hasta después de su utilización. Cada lector podrá sacar sus propias conclusiones.
Saludos
Javier
P.D. Querría indicar que yo únicamente soy el gestor del blog y que cada contribución ha sido preparada por autores diferentes, a los que les agradezco su colaboración.

Totalmente de acuerdo en la mayoría de aspectos. Yo también pienso que un mix energético debe ser la solución, a corto y medio plazo. A largo plazo… esperemos que reduzcamos el consumo drásticamente y optimicemos el aprovechamiento solar, o vamos a tener serios problemas.
El futuro en aspectos energéticos resulta muy complicado de estimar. La energía del sol, apenas cubre la demanda energética mundial. Pese a ser 4000 a 8000 veces el consumo mundial, eso significa aprovechar el 0,01-025% de la energía del sol. Puede parecer poco, pero con los rendimientos de centrales, transformación, almacenaje…, significa aprovechar un metro cuadrado cada cuadrado de 30x30m, algo totalmente inviable.
El transporte es otro gran problema. La gasolina es una excelente forma de energía. Sustituirla va a ser extremadamente difícil. El biodiesel, al final es energía solar. Así que estás rendido al rendimiento de la fotosíntesis, que es de un 0,3% (pauperrimo). El coche eléctrico tiene el problema de la escasez de litio, tiempos de recarga, degradación de las baterías, alto peso específico. Las baterías zebras, son posibles candidatas, pero tienen sus propios condicionantes. Las pilas de combustible tiene problemas serios de almacenamiento, y el rendimiento del ciclo de carga y descarga.
Por último, muy cierto lo del estudio de ACV. Al final es lo más importante medioambientalmente, e increíblemente difícil de estimar. Pocos estudios serios se ven al respecto.
Me ha gustado tu último comentario. Ha sido un placer debatir contigo.
Mi enhorabuena por vuestro blog, un saludo.

Hola a todos los blogueros.

Se ha puesto en contacto conmigo la autora de esta contribución para incluir el comentario que aparece a continuación, ya que ella no podía incluirlo por problemas informáticos.

Saludos

Javier

Estimado Luis.

Soy la autora de la noticia. Quería comentar que lo que trato de exponer en la noticia es primero, la existencia de una problemática a la que hay que dar soluciones y una de las posibles alternativas (no es la perfecta evidentemente, pero es que la perfecta de momento, no existe) es la que planteo.
El hidrógeno puede ser producido utilizando fuentes de energías renovables (solar, eólica, biomasa, etc.), almacenado y servir para garantizar el suministro de la energía que necesitemos “quemándolo” electroquímicamente en una pila de combustible, con lo que se consigue evitar por un lado, la pérdida de rendimiento de la combustión convencional en el aire que está limitada por el teorema de Carnot y por otro, la producción de CO2.
En cuanto a realidades concretas, te comento que por poner un ejemplo, en EEUU existen ya en la actualidad, más de un millar de carretillas elevadoras propulsadas por pilas de combustible de hidrógeno operando en instalaciones industriales y grandes almacenes logísticos. Por otro lado, todas las grandes compañías de coches están invirtiendo cantidades importantes de dinero en el desarrollo de vehículos que son propulsados con esta tecnología, que si no tuviera ningún interés, habría sido abandonada hace tiempo.
Saludos.
Carmen

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