Hacer funcionar autos con hidrógeno: una mirada a la Misión Nacional de Hidrógeno de la India

India ha anunciado una Misión Nacional de Hidrógeno que elaborará una hoja de ruta para utilizar el hidrógeno como fuente de energía. La iniciativa tiene el potencial de transformar el transporte.

El renovado automóvil de celda de combustible de hidrógeno Mirai de Toyota, que muestra la ingeniería bajo el capó, se exhibirá en su evento de lanzamiento en Tokio en diciembre de 2020 (Foto: Reuters).

Tradicionalmente, un motor lento en las tecnologías de vehículos eléctricos (EV) de frontera, India ha hecho una entrada inusualmente temprana en la carrera para aprovechar el potencial energético del elemento más abundante del universo, el hidrógeno. Menos de cuatro meses después de que el Departamento de Energía de los Estados Unidos anunciara una inversión de hasta $ 100 millones en investigación y desarrollo de tecnologías de producción de hidrógeno y celdas de combustible, India ha anunciado una Misión Nacional de Hidrógeno.

La propuesta en el Presupuesto será seguida con un borrador de misión durante los próximos meses: una hoja de ruta para usar el hidrógeno como fuente de energía, con un enfoque específico en el hidrógeno verde, encajando la creciente capacidad renovable de India con la economía del hidrógeno, indicaron funcionarios del gobierno. .

Y aunque los sectores de uso final propuestos incluyen el acero y los productos químicos, la principal industria que el hidrógeno tiene el potencial de transformar es el transporte, que contribuye con un tercio de todas las emisiones de gases de efecto invernadero y donde el hidrógeno se considera un reemplazo directo de los combustibles fósiles, con ventajas específicas sobre los vehículos eléctricos tradicionales.

Un puñado de pilotos relacionados con la movilidad ya están en marcha.

En octubre, Delhi se convirtió en la primera ciudad de la India en operar autobuses que funcionan con gas natural comprimido enriquecido con hidrógeno (H-CNG) en un proyecto piloto de seis meses. Los autobuses funcionarán con una nueva tecnología patentada por Indian Oil Corp para producir H-CNG (18 por ciento de hidrógeno en GNC) directamente a partir del gas natural, sin recurrir a la mezcla convencional.

La empresa de energía NTPC Ltd está operando un piloto para operar 10 autobuses eléctricos basados ​​en celdas de combustible de hidrógeno y autos eléctricos de celdas de combustible en Leh y Delhi, y está considerando establecer una planta de producción de hidrógeno verde en Andhra Pradesh.

La COI también planea establecer una unidad dedicada a producir hidrógeno para hacer funcionar autobuses en su centro de I + D en Faridabad.

Como marco regulatorio de apoyo, el Ministerio de Transporte por Carretera y Carreteras a fines del año pasado emitió una notificación proponiendo enmiendas a las Reglas Centrales de Vehículos Motorizados de 1989, para incluir estándares de evaluación de seguridad para vehículos basados ​​en celdas de combustible de hidrógeno.

Por qué el hidrógeno y sus tipos

El potencial del hidrógeno como fuente de combustible limpio tiene una historia que abarca casi 150 años. En 1874, el escritor de ciencia ficción Jules Verne estableció una visión profética en La isla misteriosa: de un mundo donde el agua algún día se empleará como combustible, en el que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados individualmente o juntos, proporcionarán una fuente inagotable de energía. calor y luz, de una intensidad de la que el carbón no es capaz.

En 1937, el dirigible de pasajeros alemán LZ129 Hindenburg usó combustible de hidrógeno para volar a través del Atlántico, solo para explotar mientras atracaba en la Estación Aérea Naval de Lakehurst en Nueva Jersey, matando a 36 personas. A finales de la década de 1960, las pilas de combustible de hidrógeno ayudaron a impulsar las misiones Apolo de la NASA a la luna.

Después de las sacudidas de los precios del petróleo de la década de 1970, se empezó a considerar seriamente la posibilidad de que el hidrógeno sustituyera a los combustibles fósiles. Desde entonces, tres fabricantes de automóviles, Honda y Toyota de Japón y Hyundai de Corea del Sur, se han movido de manera decisiva en la dirección de comercializar la tecnología, aunque a una escala limitada.

El elemento más común en la naturaleza no se encuentra libremente. El hidrógeno solo existe combinado con otros elementos y debe extraerse de compuestos naturales como el agua (que es una combinación de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno). Aunque el hidrógeno es una molécula limpia, el proceso de extracción requiere mucha energía.

Las fuentes y procesos mediante los cuales se deriva el hidrógeno se clasifican por pestañas de color. El hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles se llama hidrógeno gris; esto constituye la mayor parte del hidrógeno producido hoy. El hidrógeno generado a partir de combustibles fósiles con opciones de captura y almacenamiento de carbono se denomina hidrógeno azul; El hidrógeno generado enteramente a partir de fuentes de energía renovables se denomina hidrógeno verde. En el último proceso, la electricidad generada a partir de energía renovable se utiliza para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

El caso del hidrógeno verde

El hidrógeno verde tiene ventajas específicas. Uno, es una molécula de combustión limpia, que puede descarbonizar una variedad de sectores, incluidos el hierro y el acero, los productos químicos y el transporte. Dos, la energía renovable que no puede ser almacenada o utilizada por la red se puede canalizar para producir hidrógeno.

Esto es lo que apunta la Misión de Energía de Hidrógeno del gobierno, que se lanzará en 2021-22. La red eléctrica de la India se basa principalmente en carbón y seguirá siéndolo, lo que anulará los beneficios colaterales de un impulso de vehículos eléctricos a gran escala, ya que habrá que quemar carbón para generar la electricidad que alimentará estos vehículos. En varios países que han optado por impulsar los vehículos eléctricos, gran parte de la electricidad se genera a partir de energías renovables; en Noruega, por ejemplo, el 99% proviene de la energía hidroeléctrica. Los expertos creen que los vehículos de hidrógeno pueden ser especialmente efectivos en camiones de larga distancia y otros sectores difíciles de electrificar, como el transporte marítimo y los viajes aéreos de larga distancia. El uso de baterías pesadas en estas aplicaciones sería contraproducente, especialmente para países como India, donde la red eléctrica es predominantemente de carbón.

Cómo funcionan las pilas de combustible de hidrógeno

Especialmente Corea del Sur y Japón están enfocados en mover sus mercados automotrices hacia el hidrógeno y el potencial de la celda de combustible. ¿Qué es una pila de combustible?

El hidrógeno es un portador de energía, no una fuente de energía. El combustible de hidrógeno debe transformarse en electricidad mediante un dispositivo llamado pila de celdas de combustible antes de que pueda usarse para alimentar un automóvil o camión. Una pila de combustible convierte la energía química en energía eléctrica utilizando agentes oxidantes a través de una reacción de oxidación-reducción. Los vehículos basados ​​en pilas de combustible comúnmente combinan hidrógeno y oxígeno para producir electricidad para impulsar el motor eléctrico a bordo. Dado que los vehículos de pila de combustible utilizan electricidad para funcionar, se consideran vehículos eléctricos.

Dentro de cada celda de combustible individual, el hidrógeno se extrae de un tanque presurizado a bordo y se hace reaccionar con un catalizador, generalmente hecho de platino. A medida que el hidrógeno pasa a través del catalizador, se despoja de sus electrones, que se ven obligados a moverse a lo largo de un circuito externo, produciendo una corriente eléctrica. Esta corriente es utilizada por el motor eléctrico para impulsar el vehículo, siendo el único subproducto el vapor de agua.

Los coches de pila de combustible de hidrógeno tienen una huella de carbono cercana a cero. El hidrógeno es aproximadamente dos o tres veces más eficiente que la combustión de gasolina, porque una reacción química eléctrica es mucho más eficiente que la combustión.

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FCEV y otros vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos (EV) generalmente se clasifican en cuatro categorías amplias:

* Los vehículos eléctricos híbridos convencionales o HEV como el Toyota Camry combinan un sistema de motor de combustión interna convencional con un sistema de propulsión eléctrica, lo que da como resultado una transmisión de vehículo híbrido que reduce sustancialmente el uso de combustible. La batería a bordo en un híbrido convencional se carga cuando el motor IC está impulsando el tren motriz.

* Los vehículos híbridos enchufables o PHEV como el Chevrolet Volt también tienen un tren motriz híbrido que usa un motor IC y energía eléctrica para la fuerza motriz, respaldado por baterías recargables que se pueden enchufar a una fuente de energía.

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* Los vehículos eléctricos o BEV que funcionan con baterías, como el Nissan Leaf o el Tesla Model S, no tienen motor IC ni tanque de combustible, y funcionan con un tren motriz completamente eléctrico que funciona con baterías recargables.

* Los vehículos eléctricos de pila de combustible o FCEV como el Mirai de Toyota, el Clarity de Honda y el Nexo de Hyundai utilizan gas hidrógeno para alimentar un motor eléctrico a bordo. Los FCEV combinan hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, que hace funcionar el motor. Dado que funcionan completamente con electricidad, los FCEV se consideran EV, pero a diferencia de los BEV, su alcance y procesos de reabastecimiento de combustible son comparables a los de los automóviles y camiones convencionales.

La principal diferencia entre un BEV y un FCEV de hidrógeno es que este último permite un tiempo de repostaje de solo cinco minutos, en comparación con los 30-45 minutos de carga de un BEV. Además, los consumidores obtienen aproximadamente cinco veces más almacenamiento de energía por unidad de volumen y peso, lo que libera mucho espacio para otras cosas, al tiempo que permite al ciclista ir más lejos.

El problema de la masa crítica

A pesar de su promesa, la tecnología del hidrógeno aún no se ha ampliado. El director ejecutivo de Tesla, Elon Musk, ha calificado de increíblemente estúpida a la tecnología de pilas de combustible.

A nivel mundial, había menos de 25.000 vehículos de pila de combustible de hidrógeno en circulación a finales de 2020; en comparación, el número de coches eléctricos fue de 8 millones.

Una gran barrera para la adopción de vehículos de pila de combustible de hidrógeno ha sido la falta de infraestructura de estaciones de servicio: los coches de pila de combustible repostan de manera similar a los coches convencionales, pero no pueden utilizar la misma estación. En la actualidad, hay menos de 500 estaciones de hidrógeno operativas en el mundo, principalmente en Europa, seguidas de Japón y Corea del Sur. Hay algunos en América del Norte.

La seguridad se considera una preocupación. El hidrógeno se presuriza y se almacena en un tanque criogénico, desde allí se alimenta a una celda de menor presión y se somete a una reacción electroquímica para generar electricidad. Hyundai y Toyota dicen que la seguridad y confiabilidad de los tanques de combustible de hidrógeno es similar a la de los motores GNC estándar.

Ampliar la tecnología y lograr una masa crítica sigue siendo el gran desafío. Más vehículos en la carretera y más infraestructura de apoyo pueden reducir los costos. La misión propuesta por la India se considera un paso en esa dirección.

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