Análisis de vehículos - Universidad de...

Análisis de vehículos [Seleccionar fecha]

Departamento de Ingeniería Energética. Grupo de

Termotecnia

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

2014

Autor: Andrés Alberto Blanco Alba

Tutor: Francisco Javier Pino Lucena

Proyecto fin de carrera

Ingeniería Industrial

Análisis de vehículos basados en pila de

combustible alimentados por

hidrógeno.

Análisis de vehículos basados en pila de combustible alimentados por hidrógeno

2

Índice. 1. Introducción ........................................................................................... 4

1.1 Situación energética mundial actual. ................................................ 4

1.2 Limitaciones de los motores de combustión interna ......................... 6

1.3 Hidrógeno como solución de futuro .................................................. 8

1.4 Pilas de combustibles como alternativa a los motores de combustión

interna en automóviles. ........................................................................ 11

1.5 PEMFC. Pila de combustible de membrana de intercambio protónico

.............................................................................................................. 13

2. Descripción funcional de un vehículo con pila de combustible ............. 15

2.1 Sistema de alta tensión. .................................................................. 23

3. Análisis de vehículos movidos por pila de combustible. ....................... 27

3.1 Listado de vehículos. ....................................................................... 27

3.1.1 Honda ....................................................................................... 28

3.1.2 Opel y General Motors. ............................................................. 31

3.1.3 Volkswagen ............................................................................... 33

3.1.4 Fiat ............................................................................................ 36

3.1.5 Audi .......................................................................................... 37

3.1.6 Mercedes-Daimler .................................................................... 39

3.1.7 Mitsubishi ................................................................................. 42

3.1.8 Toyota ....................................................................................... 43

3.1.9 Suzuki ....................................................................................... 45

3.1.10 Hyundai .................................................................................. 45

3.1.11 Chevrolet ................................................................................ 48

3.1.12 Kia ........................................................................................... 51

3.1.13 Peugeot .................................................................................. 52

3.1.14 Ford ........................................................................................ 54

3.1.15 Nissan ..................................................................................... 56


3

3.2 Clasificación de vehículos. ............................................................... 57

3.3 Ratios comparativos. ....................................................................... 57

4. Conclusiones y resumen. ...................................................................... 65

4.1 Balance de los ratios. ...................................................................... 65

4.2 Estado de la hibridación .................................................................. 66

4.3 Tecnologías competidoras............................................................... 67

4.4 Perspectivas de las PEMFC .............................................................. 68

4.5 Hidrógeno frente a la gasolina ........................................................ 69

4.6 Otras limitaciones. .......................................................................... 70

5. Referencias. .......................................................................................... 72


4

1. Introducción.

1.1 Situación energética mundial actual. La población del planeta así como el desarrollo tecnológico de los países está en

continuo crecimiento. Esta evolución lleva consigo el correspondiente aumento del

consumo energético. Las fuentes energéticas masivas son, en la actualidad, los

combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo) y la energía nuclear. Hay una clara

oposición social y política al empleo de esta última y por otro lado; el carácter

aleatorio de las energías renovables su y elevado coste de producción, pueden llevar al

planeta a una situación crítica. [1]

Este aumento constante de la demanda energética a nivel mundial está claramente en

contraposición con los deseos mostrados a escala mundial en el Protocolo de Kioto. Es

claramente conocido cuál es la evolución de la temperatura en el planeta, y cómo

desde la época industrial la temperatura no ha dejado de crecer debido a las emisiones

de CO2. Este es el principal problema del empleo de combustibles fósiles en la

producción de energía ya que históricamente nunca se había llegado a las 300 ppm de

CO2 en la atmósfera. Si se aprecia la situación actual y se observa los treinta últimos

años, se puede ver muy claramente cuál es la variación de las concentraciones de CO2

y su relación con el empleo de combustibles fósiles. En la actualidad se sobrepasan las

400 ppm de concentración de CO2. Esto provoca una mayor absorción de la energía de

la radiación solar y, por tanto un incremento de temperatura. Este incremento de la

temperatura del planeta implica actualmente una disminución de la superficie de los

glaciares, una retirada de los hielos polares y un aumento del nivel del mar. [1]

En la figura 1 se puede ver la evolución de la concentración de CO2 y la temperatura en

los próximos años.

Figura 1. Evolución de la temperatura y concentración de . [3]


5

Prescindiendo del aspecto medioambiental hay otra circunstancia importante para

tener en cuenta: las reservas existentes de los combustibles fósiles. A pesar del

optimismo de consumo actual y de la tranquilidad de los expertos por el continuo

descubrimiento de nuevos yacimientos, es evidente, que el petróleo y el gas natural

podrían llegar a desaparecer antes de mediados de este siglo si no se introduce una

nueva cultura de consumo. El uso del carbón puede ser distinto y alargar su vida

durante un par de siglos más. En cualquier caso, el abastecimiento de energía primaria

puede sufrir una crisis importante si no se produce un cambio drástico en este primer

cuarto de siglo [1]. En la figura 2 se observa cómo ha sido la evolución de este

consumo desde la década de los 60 y la dependencia energética hacia los combustibles

fósiles en el consumo de energía primaria.

Figura 2. Consumo mundial de energía primaria por tipo. [3]

Son las energías renovables y la energía nuclear las soluciones de futuro y son dos

culturas distintas de producir la energía. Las primeras, son energías distribuidas por

todo el territorio, con producción de baja intensidad, alternantes y de tecnologías

relativamente sencillas. La segunda, la nuclear, es una energía que tiene que utilizarse

de forma concentrada, con una producción lo más constante posible y con tecnología

compleja. Ambos recursos primarios tienen una necesidad común: responder a las

fluctuaciones de la demanda de forma eficiente. Si el futuro se orientase a las energías

renovables, su propia aleatoriedad en su generación complicaría este ajuste,

requiriendo el empleo de sistemas de almacenamiento energético más potentes y

flexibles que los empleados en la actualidad. [1]

La legislación española, a partir de la década de los 80 potenció un sector industrial de

energías renovables que ha conseguido con dificultad un importante liderazgo a escala

internacional, como queda de manifiesto en la energía eólica, la fotovoltaica y la


6

termoeléctrica. En la figura 3 se puede ver el empleo de la energía en un día de

octubre del 2013 en España, claramente se puede apreciar la importancia de las

centrales de carbón en el consumo energético (13,8%) y de las centrales de ciclo

combinado (19,8%) seguido de la energía nuclear (20,5%), en este día la eólica fue el

12,5%, la solar 1,3% y la hidráulica el 13,5%. También hay que decir que la situación

geográfica de la península ibérica favorece el aprovechamiento de los recursos

renovables con mayor facilidad que otros países de Europa. [1]

Figura 3. Demanda real de energía eléctrica en España. Red Eléctrica española

1.2 Limitaciones de los motores de combustión interna. Se han visto dos inconvenientes que presenta el uso de combustibles fósiles en el

sistema energético mundial y por lo tanto en el sector del transporte. Al agotamiento

inminente del petróleo y a la creciente contaminación y calentamiento global se une la

limitación de Carnot.

Carnot demostró hace más de un siglo que todos los motores que convierten el calor

en trabajo mecánico operan mediante la transferencia de calor entre dos fuentes a

diferente temperatura, y que su rendimiento o eficiencia será siempre menor del

100%. El Teorema de Carnot proporciona el límite superior de esa eficiencia entre dos

focos de temperatura. Este ciclo es una idealización ya que está constituido por

transformaciones reversibles, el intercambio de calor de la sustancia de trabajo con los

focos se produce a través de isotermas y las variaciones de temperaturas de forma

adiabática, para que no haya pérdidas de calor.


7

Figura 4. Ciclo P-V de Carnot. [4]

- Expansión isoterma (A-B): el gas absorbe una cantidad de calor

manteniéndose a la temperatura del foco caliente

- Expansión adiabática (B-C): el gas se enfría sin pérdida de calor hasta la

temperatura del foco frío

- Compresión isoterma (C-D): el gas cede el calor al foco frío, sin variar la

temperatura.

- Compresión adiabática (D-A): el gas se calienta hasta la temperatura del foco

caliente , cerrando el ciclo.

El trabajo en las transformaciones isotermas es el siguiente:

La relación de los volúmenes son los siguientes:

De manera que la expresión del rendimiento queda:

El teorema de Carnot es una consecuencia de que todas las transformaciones son

reversibles, por lo que ninguna máquina podrá funcionar mejor, es decir, tendrá mayor

rendimiento.


8

Está limitación es intrínseca; es decir no se puede mejorar introduciendo

perfeccionamiento en el diseño de los motores.

En un motor real con partes móviles no ideales aparecerán perdidas extrínsecas que

reducirán el rendimiento a valores inferiores al rendimiento máximo teórico para un

motor térmico. Así en la práctica, la mayoría de los motores de combustión interna

tienen rendimientos comprendidos entre el 17% y el 23%. [4]

1.3 Hidrógeno como solución de futuro. Viendo la situación energética actual por la que pasan todos los países incluidos

España, surge la necesidad de buscar una fuente de energía limpia, renovable, con

capacidad de contribuir a la demanda eléctrica, de fácil almacenamiento, sin introducir

problemas medioambientales. Con todas estas características podríamos hablar del

hidrógeno, que, siendo abundante en la naturaleza su consumo sólo produciría agua,

compuesto químico del cual se obtiene. En relación con el otro gran problema de la

energía, su almacenamiento, se puede afirmar que el hidrógeno jugará un importante

papel en la economía energética del futuro.

El empleo del hidrógeno en forma molecular como portador y almacén energético no

se ha planteado hasta la segunda mitad del siglo pasado, entre otras cosas por el

desconocimiento de la electroquímica y por el insuficiente conocimiento de los

materiales.

El hidrógeno es el elemento más abundante en la naturaleza y también es el más

ligero. Este elemento químico cuando se quema con el oxígeno produce una energía

de 241,82 Kj por cada mol de hidrógeno consumido y el producto de dicha combustión

es agua. Si esta reacción química en lugar de producirse como una combustión se

maneja en condiciones de reversibilidad mediante reacciones electroquímica que se

dan lugar en una pila de combustible, no se libera energía térmica, sino eléctrica. [1]

El hidrógeno no es un recurso energético sino un portador de energía. Esto significa

que puede obtenerse a partir de varias fuentes de energía conteniendo una cierta

cantidad de energía una vez producido. En la figura 4 se aprecia que el hidrógeno es

capaz de almacenar aproximadamente el triple de energía por unidad de masa que los

demás, pero al ser tan ligero es el que menor energía almacena por unidad de

volumen. Esto implica problemas en el transporte, almacenamiento y distribución del

hidrógeno, comparado con la gasolina o el butano, especialmente en aplicaciones de

transporte. [2]


9

Tabla 1. Densidad y energía almacenada por cada combustible. [2]

Actualmente se producen en el mundo aproximadamente 41 millones de toneladas de

hidrógeno, que representa un valor energético de . La demanda de energía

primaria en el año 2003 fue de Esto significa que el hidrógeno producido en

el mundo cubriría tan solo 12 ppm de las necesidades mundiales de energía primaria.

Resulta evidente, por tanto, que si se desea alcanzar un escenario de economía del

hidrógeno es preciso producirlo de manera masiva y a partir de una elevada diversidad

de fuentes en aras a poder garantizar el abastecimiento de hidrógeno. [2]

En la figura 5 se representan las fuentes energéticas de las que se obtiene el hidrógeno

actualmente, produciéndose casi la mitad a partir del gas natural. En concreto, el 96%

del hidrógeno requiere como energía primaria combustibles fósiles, utilizándose el

95% de la producción para consumo propio de la industria que lo necesite. [2]

Figura 5. Fuentes energéticas de las que se obtiene el hidrógeno. [2]


10

En la figura 6 se muestran los usos que actualmente se dan al hidrógeno, siendo de

tipo químico el 72% y nada para fines energéticos. Estas cifras demuestran que los

sistemas productivos actuales no están preparados para satisfacer las demandas

energéticas.

Figura 6. Consumo de hidrógeno. [2]

La economía del hidrogeno se basa en poder utilizar fundamentalmente energía de

origen renovable, tratar los recursos que contienen el hidrógeno en su composición,

separar ese hidrógeno y, a partir de ahí utilizarlo, tanto para la producción de

electricidad como para la producción de calor. El panorama de producción de

hidrogeno es muy amplio, ya que se pueden utilizar fuentes fósiles, fuentes renovables

o agua para obtenerlo. La figura 7 muestra diferentes alternativas que se pueden

seguir para producir hidrógeno. En resumen, el hidrógeno se puede producir a partir

de: [1]

a) Combustibles fósiles( carbón o gas natural): utilizando su energía, o utilizando

el propio hidrógeno que pudiera tener el gas natural en su composición

b) Energías renovables, como la biomasa, que contiene hidrógeno.

c) Energía térmica, que se puede conseguir a través de la energía solar

d) Energía nuclear


11

Figura 7. Métodos de producción de hidrógeno. [1]

1.4 Pilas de combustibles como alternativa a los motores

de combustión interna en automóviles. Este proyecto tiene como finalidad analizar los diferentes modelos de automóviles

movidos por pila de combustible que utilizan hidrógeno como fuente de energía que

hayan salido y estén saliendo al mercado, así como las expectativas de futuro para este

tipo de tecnología. Para ello se desarrollará una explicación de qué es una pila de

combustible, cómo funciona y cómo se mueve un automóvil propulsado con pila de

combustible.

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico capaz de convertir

directamente la energía química de un combustible en energía eléctrica. La conversión

electroquímica asegura un alto rendimiento de la transformación frente al que se

obtiene en la conversión con máquinas térmicas, ya que como hemos visto presentan

la limitación impuesta por el ciclo de Carnot, este rendimiento está comprendido entre

el 40% y 50%. Las pilas de combustible presentan más ventajas además del alto

rendimiento que la hacen especialmente apropiadas para ser utilizadas en vehículos. El

impacto ambiental es nulo cuando el combustible es hidrógeno, la ausencia de ruidos

por no tener partes móviles y los cortos tiempos de montaje debido a que se fabrican

en módulos de no muy alta potencia fácilmente conectables donde no se pierde

rendimiento.[3]


12

En la tabla inferior están esquematizadas los diferentes tipos de pilas de combustible:

MODELO VENTAJAS DESVENTAJAS COMENTARIOS

AFC(Pila de

combustible alcalina)

Mecánicamente

recargable, bajo

coste para el

electrolito KOH

Vida útil limitada,

necesidad de operar

con hidrógeno muy

puro

Opera a

temperaturas

alrededor de los

80 .

Rendimiento en

torno al 80% y

potencia por encima

de 20Kw

PEMFC(Pila de

combustible de

membrana de

intercambio

protónico)

Electrolito no volátil,

Alta densidad de

energía, permite

arranque rápidos y

buena respuesta a la

demanda de

potencia

Gestión del agua y

del calor, muy

sensible a las

impurezas.

Catalizador caro

Opera a

temperaturas que

rondan los 80 .

Rendimiento entre

40% y 50%. Potencia

de 250Kw

DMFC( Pila de

combustible de

metanol)

Conversión directa

del combustible.

Pequeñas

dimensiones. Sistema

sencillo de

almacenamiento del

combustible

Baja eficiencia, baja

densidad de energía.

Alto precio y

combustible tóxico.

Temperatura de

operación entre 60-

90 . Rendimiento

en torno al 35-45%

PAFC(Pila de

combustible de

ácido fosfórico)

Tecnología antigua y

fiable, Gestión fácil

del agua, buena

tolerancia a los

contaminantes

Baja densidad de

energía. Gran

tamaño. Catalizador

caro y posibles

pérdidas de ácido.

Opera a

temperaturas

superiores a 200 .

Potencias de hasta

250Kw y rendimiento

en torno al 40%

MCFC(Pila de

combustible de

carbonato fundido)

Alto rendimiento,

buena tolerancia a

las impurezas, menor

exigencia de

materiales

Lenta puesta en

funcionamiento, baja

densidad de energía,

corrosión de las

partes metálicas

Temperatura de

operación sobre

550 .Rendimiento

en torno al 50%.

SOFC(Pila de

combustible de

óxido sólido)

Alto grado de calor

disponible, buena

tolerancia a

impurezas. Alto

rendimiento

Alto coste de

fabricación, alta

conductividad del

electrolito. Exigencia

alta de los materiales

a usar

Temperatura de

operación en torno a

los 900 .

Rendimiento cercano

al 60%

Tabla 2. Descripción de cada modelo de pila de combustible. [5], [6]


13

De todas las pilas de combustibles vistas, las PEMFC entregan una alta densidad de

energía, además de presentar características como su poco peso, coste y volumen. La

membrana electrolítica reduce la corrosión y mantiene una larga vida de las celdas y

de la pila. Las PEMFC operan a baja temperatura permitiendo rápidos arranques y

respuestas inmediatas a los cambios de potencia.

Debido a la naturaleza intrínseca de los materiales usados, es posible su

funcionamiento a una temperatura de 80 . La celda es también capaz de mantener su

funcionamiento a muy altas densidades de corriente. Estos atributos la conducen hacia

una rápida capacidad de arranque y hacia la posibilidad de su construcción en forma

compacta y ligera. Otra característica beneficiosa de este tipo de celda es la

eliminación de fluidos corrosivos y su baja susceptibilidad a la orientación de la pila.

Como resultado de todo lo anterior, la PEMFC es particularmente apropiada para su

aplicación en los vehículos. [4]

1.5 PEMFC. Pila de combustible de membrana de

intercambio protónico. En las PEMFC, el hidrógeno se descompone por catálisis en protones y electrones. El

protón pasa a través de la membrana mientras que el electrón es forzado a fluir al

circuito externo y generar electricidad. El electrón pasa entonces de nuevo al cátodo

para interactuar con el oxígeno y los protones para formar agua. Las reacciones

químicas ocurren en cada electrodo.

Básicamente la PEMFC se compone de placas bipolares y el conjunto membrana-

electrodo (MEA). Una MEA consiste en una membrana polimérica situada entre los dos

electrodos y dos capas de difusión de gases.

La membrana es para el transporte de protones del ánodo al cátodo y bloquear el paso

de electrones y reactivos. La capa de difusión de gas se utiliza para acceder a la de

combustible de manera uniforme. Los electrones en el ánodo pasan a través de un

circuito externo y generan electricidad.

El coste total de una FEMFC de un vehículo es de 500-600 $/Kw, es decir 10 más que

un coche de combustión interna. [7]

Figura 8. Funcionamiento de una pila de combustible. [7]


14

Una vez estudiada la reacción electroquímica en la que se basa la pila de combustible

se estudiarán los componentes internos de una sola celda.

Figura 9. Componentes internos de una celda de pila de combustible. [14]

Como se vio, la MEA (membrana de intercambio protónico) permite a los protones

desplazarse desde el ánodo hasta el cátodo y es una película protectora entre las

reacciones de oxidación y reducción.

La capa de difusión de gases (“Gas diffusion layer”) permite una difusión directa y

uniforme del hidrógeno y del oxígeno hacia el catalizador y permite el desplazamiento

de electrones desde y hacia el catalizador. También facilita la expulsión del agua

formada en el cátodo y la evacuación del calor generado en el proceso al mismo

tiempo que sirve de soporte estructural a la MEA.

Las juntas (“Gasket”) ayudan a mantener los gases reactivos en sus respectivas

regiones de la celda, estas juntas tienen que soportar altas temperaturas. El colector

de corriente (“Current collector”) recoge la corriente y la dirige hacia el circuito

externo. La placa final (“end plate”) que presiona y proporciona el contacto suficiente

en la celda para prevenir fugas de los reactivos y minimiza el contacto que se produce

entre las diferentes capas. La placa bipolar (“Graphite Plate”) guía al hidrógeno y al

oxígeno hacía los electrodos a través de canales a la vez que ayuda a evacuar el calor y

el agua fuera de la celda. La placa bipolar también constituye la estructura interna para

la celda de pila de combustible. [6]

Los siguientes puntos de este trabajo consisten en una explicación de cómo funciona

internamente un coche con una pila de combustible, sus componentes y sus modos de

operación. En el apartado 3 se detallan las prestaciones de varios modelos y prototipos

desarrollados hasta ahora por los fabricantes y se harán ratios comparativos. El

resumen y las conclusiones por un lado analizan estos ratios y hacia dónde evoluciona

el mercado y por otro lado presentan las limitaciones más importantes que tienen los

vehículos movidos por hidrógenos para su expansión.


15

2. Descripción funcional de un vehículo

con pila de combustible. Un sistema de pila de combustible diseñado para aplicaciones de propulsión de

vehículos debe tener un peso, un volumen, una densidad de energía, un arranque y

una respuesta transitoria similar a la de un vehículo de combustión interna de hoy en

día. El resto de ventajas son:

1) Un rendimiento muy alto.

2) Una aceleración rápida

3) Ahorro de combustible.

4) Un fácil acceso y buena seguridad con respecto a manejo del combustible. [8]

El valor de la tensión de salida de una sola celda está comprendido entre 0,5V y 0,8V.

Este valor es muy pequeño para la aplicación en un vehículo, por eso; se conectan en

serie varias celdas para formar lo que se llama una célula de pila de combustible. [6]

Figura 10. Esquema de una célula de pila de combustible. [13]

Esta célula de pila de combustible necesita una gestión adecuada del agua, del calor y

de los gases para su correcto funcionamiento.

Un correcto tratamiento del agua asegura que todas las partes de la pila de

combustible estén lo bastante hidratadas, humidifica los gases de entrada,

especialmente en el ánodo y garantiza una correcta evacuación del agua en el cátodo.

Para la gestión y evacuación del calor generado se usan ventiladores para mover el aire

de refrigeración, también se usan bombas para la circulación del líquido refrigerante a

través de las placas de refrigeración.


16

Para la gestión del combustible se usan un mecanismo de almacenamiento de

hidrógeno con reguladores de presión. Y se instalan compresores para mover el

hidrógeno y el aire que harán falta para alimentar la célula de pila de combustible.

El ajuste de la tensión de salida también es fundamental. A la salida de la pila de

combustible se instala un convertidor DC/DC para poder modificar la tensión de salida

baja y variable en corriente continua útil. Mediante un inversor de corriente continua a

corriente alterna se convierte la tensión de salida de la pila de combustible. También

se suele utilizar una batería secundaria o un condensador de gran tamaño para

alcanzarlos picos de potencia necesarios y para aprovechar la energía de frenado y

almacenarla. [6]

Un sistema típico de propulsión del vehículo de pila de combustible se muestra en la

figura 11. La tensión de salida de la pila de células de combustible se ajusta para que

sea compatible con la tensión de la batería utilizando un acondicionador de potencia,

que podría ser un inversor “up” o “down” dependiendo de los niveles de voltaje de la

pila de combustible y la batería.

Se utiliza un inversor para convertir la corriente continua de tensión variable y de

frecuencia variable para alimentar el motor de propulsión. [8]

Figura 11. Sistema de propulsión de alta tensión de una pila de combustible. [10]

Aunque el estudio de cada uno de los bloques del dibujo anterior no es el propósito de

este trabajo, vamos a analizar el bloque de los equipos auxiliares. Vemos que en la

práctica las pilas de combustible necesitan sistemas auxiliares para su funcionamiento.

Estos sistemas o accesorios auxiliares incluyen una bomba de circulación de aire, una


17

bomba de circulación de refrigerante, un ventilador, y una bomba de alimentación del

combustible. La potencia consumida por la bomba de circulación de aire puede ser el

10% de la potencia total de salida de la célula de pila de combustible. Los otros

accesorios consumen mucho menos comparado con esa bomba. [8]

Figura 12. Cargas auxiliares en el sistema de pila de combustible. [9]

Vamos a ver con más detalle la figura superior, que define el funcionamiento de una

pila de combustible dentro de un vehículo.

Figura 13. Componentes del sistema de pila de combustible. [6]


18

En la figura 13 se observa los componentes del sistema de pila de combustible, la

función de cada uno de los componentes se ha explicado arriba y se basan en el

tratamiento y gestión del agua, del calor y de los gases que intervienen en el proceso.

El bloque de cargas eléctricas “Electrical Load” corresponde en el caso de un vehículo

al motor de tracción y sus dispositivos. Aunque no está representado en la figura 13,

tanto el hidrógeno como el oxígeno tienen que entrar humidificados en el cátodo y en

el ánodo respectivamente. Para ello aprovechan la corriente de salida del agua.

Una vez visto el componente central de los vehículos movidos por pila de combustible,

se verá ahora el esquema y el funcionamiento general de uno de estos modelos de

coches. La compañía japonesa Honda lleva desde la década de los 80 apostando por

esta tecnología mediante el desarrollo de varios prototipos. En 2002 Honda se

convirtió en la primera compañía automovilística en producir un coche de pila de

combustible para clientes de Japón y de Estados Unidos. Su membrana electrolítica así

como el diseño de los componentes internos de la pila de combustible permitía el

arranque del vehículo incluso en climas fríos de -20 grados. En la figura se aprecia el

esquema de aquel primer vehículo desarrollado por Honda.

Figura 14.Esquema interno de Honda basado en pila de combustible. [6]

Los componentes principales de un vehículo movido por pila de combustible son la

propia pila de combustible, los sistemas de refrigeración para la célula, el motor y la

transmisión. También son importantes los tanques de alta presión para el

almacenamiento del hidrógeno, un motor eléctrico, una unidad central inteligente

para el control del sistema de potencia y un sistema de almacenamiento de energía


19

que bien puede ser un supercondesador o una batería que funcione a alta tensión.

Además la batería o los supercondensadores tienen la capacidad de aprovechar y

almacenar energía en la frenada. Esta energía podría incrementar la autonomía del

vehículo entre un 5% y un 20%. En la caja del sistema de pila de combustible

encontraríamos todo lo necesario para el buen funcionamiento de la pila, es decir los

sistemas de gestión del calor, agua y gases. [6]

El tren de potencia consiste en la célula de pila de combustible, que es la fuente

primaria de potencia del vehículo, una batería o supercondensador, un motor

eléctrico, un sistema de control del vehículo y una interfaz electrónica que actúa entre

la batería o fuente secundaria de potencia y el sistema de pila de combustible. En

función de la potencia o del par requerido por el usuario cuando acelera o frena el

control del vehículo se encarga de transmitirle esa orden a las fuentes de potencia.

Para picos de valores de la potencia tanto la pila de combustible como la fuente

secundaria de potencia se encargan de proporcionar la energía necesaria al motor

eléctrico. En la frenada, el motor eléctrico trabaja como generador y convierte parte

de la energía de la frenada en energía eléctrica y la almacena en la batería o

supercondensador, representado en la figura por “Peaking power source”. Cuando el

vehículo está en marcha, se pueden dar tres situaciones diferentes: [9]

1) Si la potencia requerida por el motor es mayor que potencia máxima que es

capaz de dar la pila de combustible, el vehículo se encuentra en el modo

híbrido de tracción, es decir; el sistema de pila de combustible opera a su

potencia nominal y el resto que hace falta lo proporciona el PPS. La potencia

nominal de la pila de combustible debería situarse en la región de máximo

rendimiento.

2) En este segundo caso la potencia que demanda el motor es menor que la

máxima potencia nominal que es capaz de dar el sistema de pila de

combustible. Además, nos hace falta cargar el PPS porque el nivel de energía de

la batería está por debajo de su valor mínimo. La pila de combustible funciona a

su potencia nominal, yendo una parte de esta al motor eléctrico y otra parte al

PPS. Por otro lado, en el caso de que la batería no necesitara ser cargada la pila

de combustible funciona a ralentí y es el PPS el que proporciona la potencia

necesaria para hacer mover el vehículo. En este caso, el pico de potencia que la

PPS puede producir es mayor que la potencia de entrada al motor.

3) Ahora suponemos que la potencia que necesita el coche en un momento es

menor que la potencia nominal de la pila de combustible. Suponemos que el

PPS no necesita cargarse, es este caso la pila de combustible es la única que

alimenta al tren de potencia. En el caso de que el PPS necesitara cargarse la pila

de combustible trabaja a potencia nominal y una parte va al tren de potencia y

otra se utiliza para cargar el PPS [8].


20

El modo de operación explicado arriba corresponde al modo paralelo, que es el

representado tanto en la figura 12 como en la figura 13. En el modo en paralelo tanto

la pila de combustible como la fuente secundaria de energía se encargan de alimentar

el motor, según corresponda a cada uno de los tres casos vistos arriba esto se hará de

varios modos. En el modo en serie la batería es la encargada de alimentar el motor

eléctrico, y la pila de combustible tiene como única misión cargar la batería, pero no da

energía directamente al motor. Hoy en día los vehículos de pila de combustible utilizan

la configuración en paralelo para dar potencia al motor eléctrico.

En siguiente figura se puede ver un esquema del modo en paralelo. [9]

Figura 15. Esquema del tren de potencia de un vehículo con pila de combustible. [9]

El motor eléctrico tiene que ser capaz de proporcionar la aceleración y la velocidad que

el usuario del vehículo necesita. El coche de nuestro ejemplo para acelerar de 0-100

Km/h en 12 segundos necesita 70 KW de potencia. Sin embargo para llevar una

velocidad constante de crucero por ejemplo a 100 km/h necesita mucha menos

potencia, del orden de 20 KW como se observa en la figura inferior. [9]


21

Figura 16. Aceleración y velocidad frente a la potencia del motor en el Honda FXC. [9]

Alimentar con hidrógeno a la pila de combustible es uno de los retos que tiene el

desarrollo del vehículo eléctrico movido por pila de combustible. Hay tres formas de

almacenar hidrógeno a bordo: Hidrógeno comprimido en un contenedor a

temperatura ambiente, hidrógeno líquido criogenizado a baja temperatura y

almacenarlo mediante hidruro metálico.

Figura 17. Energía contenida en el hidrógeno y su equivalente en litros de gasolina. [9]

La figura 17 muestra la masa y la energía de un litro de hidrógeno y su equivalente en

litros de gasolina bajo diferentes valores de presión a temperatura ambiente. Los litros

equivalentes de gasolina se definen como la cantidad de litros de gasolina que

contienen la misma energía que un litro de hidrógeno. A una presión de 350 bar, la

energía por litro del hidrógeno es menor de 1 KWh y su equivalente es 0,1L de

gasolina. Incluso si la presión fuera de 700 bar, la cual de momento es la mayor presión


22

de almacenaje de hidrógeno a bordo de un vehículo la energía por litro es menor de 2

KWh y su equivalente en gasolina es del orden de 0,2L.

En la figura también se puede ver la energía que hace falta para comprimir el

hidrógeno hasta la presión deseada. Teniendo en cuenta el rendimiento del compresor

y del motor eléctrico, se estima que se consume alrededor de un 25% de la energía del

hidrógeno. Almacenar un gas a varios cientos de bar requiere un depósito o un tanque

muy resistente. Con el fin de que este tanque pese lo menos posible y su volumen

también sea razonablemente bajo hoy día los tanques de hidrógeno para aplicaciones

automovilísticas se hacen de materiales compuestos tales como la fibra de carbono.

Los peligros de llevar un tanque de hidrógeno comprimido a bordo también se deben

valorar. Además del riesgo que supone fugas sobre las grietas del depósito, existe el

problema de la difusión a través de algunos materiales.

Otra alternativa para almacenar hidrógeno es llevarlo hasta su temperatura criogénica,

alrededor de -259.2 grados. La mayoría de fabricantes optan por el hidrógeno

comprimido debido a la mayor densidad de energía contenida en 1L de gas, y los

efectos perjudiciales que tendría una fuga de líquido a tan baja temperatura. El

principal inconveniente de almacenar hidrógeno líquido a -253 grados es la dificultad

que supone aislar el tanque de manera efectiva. Las ganancias de calor son debidas a

la conducción, la convección y la radiación a través del tanque. Para reducir estas

ganancias de calor ese utiliza de nuevo el depósito o tanque cilíndrico debido a lo cerca

que está del óptimo su ratio área-volumen. El ideal sería el depósito esférico. [9]

La opción de almacenar hidrógeno gas comprimido a 350 bar o 700 bar o hidrógeno

líquido son las elegidas por la mayoría de fabricantes. El modelo HydroGen3 de

General Motors es capaz de almacenar tanto 3,1 Kg de hidrógeno a 700 bar como 4,6

Kg de hidrógeno líquido. Estos valores corresponden a rangos de autonomía de 270Km

y 400 Km respectivamente. El Chevrolet Equinox utiliza una pila de combustible de

cuarta generación e incorpora 4,2 Kg de hidrógeno comprimido a 700 bar. El Chevrolet

Sequel del año 2005 no tiene una estructura típica de almacenar hidrógeno, fue

diseñado. Lleva integrado un sistema que le permite almacenar 8 kg de hidrógeno a

700 bar. [37]

En todos los casos descritos arriba. Los vehículos llevan, uno, dos y tres depósitos de

hidrógeno comprimido respectivamente. El diseño de tales depósitos se puede ver en

la siguiente figura. [37]


23

Figura 18. Sistema de almacenamiento de hidrógeno comprimido dentro de un vehículo. [37]

2.1 Sistema de alta tensión. En este apartado se podrá ver el desarrollo que han tenido los diferentes modelos de

las marcas comerciales que desde finales de los ochenta y principio de los años

noventa apostaron por esta tecnología. El funcionamiento interno de este tipo de

vehículos ha seguido un desarrollo muy parecido en todos los fabricantes. Tanto la

disposición de los componentes como las especificaciones de los mismos las vamos a

analizar a través de ratios comparativos. Esto permitirá hacer un balance sobre el

grado de desarrollo de esta tecnología hoy día y hacer predicciones sobre lo que se

espera en el futuro. [10]

En el apartado anterior se han analizado cada uno de los componentes fundamentales

del coche de hidrógeno movido por pila de combustible. Ahora, a través de un modelo

Nissan del año 2005 se verá la disposición del sistema de alta tensión que llevan

instalados debajo estos vehículos. Ambos vehículos vistos para explicar cómo funciona

por dentro estos vehículos son de la misma generación, por lo que incorporan los

mismos avances como son la batería secundaria y el aprovechamiento de la energía de

frenado.

Aunque Nissan ya lanzó el primer modelo en 2003, en el año 2005 presentó unas

mejoras que han servido como modelo para el resto de fabricantes. Los componentes

del sistema de alta tensión se encuentran en el espacio para el motor, debajo del

suelo, y debajo del maletero como se representa en las dos figuras de abajo. [10]


24

Figura 19. Componentes del sistema de alta tensión de Nissan 2005 [10]

Motor de tracción

Depende del modelo, en este vehículo puede proporcionar una potencia de 61 KW y

alcanzar picos de 90 KW. La relación entre revoluciones por minuto del motor y par

que entrega el motor para este modelo, que es indicativo para los vehículos de pila de

combustible de la década de los 2000s; se puede ver en la siguiente imagen.

Figura 20. Gráfico par-revoluciones por minuto del motor de tracción.[10]


25

Módulo de suministro de energía (PDM)

El PDM es una unidad de conversión de la electricidad que invierte un convertidor

unidireccional de corriente DC/DC. (Uno es un inversor de 90 KW para el motor de

tracción y el otro es para el motor del aire comprimido) cada uno de los cuales puede

convertir 1.6 KW. Esta unidad es un 30% más pequeña que el modelo del año 2003

debido al nuevo desarrollo de los elementos eléctricos y a la óptima disposición de los

componentes. El sistema de conversión DC/DC se instala para 12 voltios para

suministrar electricidad a las luces, audio, etc.…Al igual que los vehículos

convencionales. En un vehículo convencional, el alternador movido por el motor carga

una batería de 12 voltios. Pero en un vehículo de pila de combustible la batería de 12

voltios se carga por una conversión en la línea de alta tensión. [10]

Convertidor UP/DOWN

Esta unidad se utiliza para ajustar la tensión de salida de la celda de pila de

combustible a la de entrada de la batería secundaria. Funciona como “down

converter” cuando la pila genera baja tensión y como “up converter” cuando genera

alta tensión. Esto es debido a que mientras más potencia genere la celda, menor es la

tensión de salida. Los circuitos dentro del inversor tienen que tener la capacidad de

convertir la máxima salida de la celda de pila de combustible a la mayor tensión. [10]

Batería Secundaria

Este modelo del 2005, al igual que su predecesor del 2003 lleva instalada una batería

iónica de litio de tipo laminado y base de manganeso. Esta batería es de 346 V y de 3.7

Ah. La mayoría de los modelos cuentan con esta batería para alcanzar los picos de

potencia que hacen falta durante el arranque y aceleración. [10]

Al igual que vimos en el apartado anterior para el Honda, el motor puede funcionar

como también como generador durante la frenada. En este caso se cargará la batería.

El esquema de funcionamiento en una operación normal será la mostrada en la figura

de la izquierda. La celda de pila de combustible y la batería proporcionan potencia al

motor de tracción. En la figura de la derecha al igual que ocurre con los motores de

combustión interna la batería se recarga cuando el usuario frena.


26

Figura 21.Esquema de sistema de recuperación de la energía en la frenada. [11]

Sistema de pila de combustible

El sistema de pila de combustible proporciona el control de flujo de hidrógeno y las

condiciones de los gases reactivos (hidrógeno y aire). La potencia de salida se basa en

la demanda y la humidificación se mantiene para conservar el funcionamiento de la

membrana de intercambio protónico. [10]

Uno de los costes más importante de una pila de combustible es el del material que se

utiliza para la catálisis en la celda de pila de combustible. Hoy la tecnología incorpora el

platino como el catalizador tanto en el ánodo como en el cátodo. Como ya hemos visto

en el capítulo anterior en el lado del ánodo, el hidrógeno se difunde en el catalizador

donde se disocia en iones hidrógeno y electrones. Mientras que en el lado del cátodo,

las moléculas de oxígeno reaccionan con los electrones y los iones de hidrógeno para

formar agua. El platino representa el 40% del coste de la pila de combustible. En el año

2009 la relación platino potencia era de 0,7g/KW. Actualmente la reducción a niveles

de 0,2g/KW ha sido un avance decisivo para que esta tecnología sea competitiva con la

de los vehículos tradicionales. [10]

El esquema del sistema de alta tensión se puede ver en la figura 11 anteriormente

puesta. El sistema de alta tensión está formado por los componentes, conectados

entre ellos por una línea (harnees) de alta tensión.

Igual que pasa con los vehículos híbridos, aumentar la tensión del sistema es un

método para reducir el tamaño y el peso del sistema de alta tensión de la pila de

combustible. Esto es porque mientras más alta sea la tensión del sistema, la intensidad

necesaria será menor lo cual es ventajoso para reducir la unidad y el tamaño de los

arneses. [10]

Conforme a la “Normativa técnica para la protección de pasajeros contra la alta

tensión en vehículos de pila de combustible” (Japón) la disposición de la disposición

estratégica del sistema de alta tensión debe satisfacer lo siguiente.


27

1) La línea bus de alta tensión no se puede tocar con herramientas.

2) La caja de la unidad conductora debe estar conectada al cuerpo

Además, la línea de alta tensión no debería sufrir daño alguno después de una prueba

de choque del coche, así como una exposición del bus de alta tensión o un fallo de

aislamiento entre la línea de alta tensión y el chasis del coche. [10]

3. Análisis de vehículos movidos por

pila de combustible.

3.1 Listado de vehículos. En los últimos años, el mercado de vehículos movidos por pila de combustible ha

estado dirigido por Honda, Toyota, “General Motors” principalmente y Hyundai más

recientemente. Honda empezó a comercializar su modelo “FXC Clarity” en California ya

que está zona de Estados Unidos estaba equipada con estaciones para repostar

hidrógeno. En 2007 “General Motors” a través de su “Project Driveway” puso en el

mercado más de 100 unidades de su Chevrolet Equinox en California, Washington DC y

Nueva York. Hyundai-Kia presentó su Kia Borrego y Daimler su clase B y su clase A.

Toyota está desarrollando su FCHV-adv desde principio de los 2000s y Volkswagen está

haciendo lo mismo con el modelo Passat y Tiguan. La mayoría de estos modelos se

prueban en California que es la ciudad del mundo que mejor está equipada en cuanto

a infraestructuras de Hidrógeno [15].

Son muchos los modelos y los prototipos de vehículos que se han desarrollado con pila

de combustible. No solo existen vehículos para usuarios particulares, también

autobuses, cuyo principal comerciante ha sido Mercedes-Benz y Volkswagen con su

marca de camiones y autobuses Man. También en el ámbito militar se ha empezado a

trabajar con este tipo de tecnología. Abajo presentamos una lista de los modelos de

vehículos que se han desarrollado y los desarrollos presentes, así como algunas

expectativas de futuro [15].

FABRICANTE MODELO

HONDA HONDA FXC(2002),HONDA FXC(2005),

HONDA FXC CLARITY(2008)

OPEL Y GENERAL MOTOS HYDROGEN3(2003) , HYDROGEN4(2007),

VOLKSWAGEN BORA HYMOTION(2000), TOURAN

HYMOTION(2004), TIGUAN


28

HYMOTION(2008)

FIAT PANDA HIDROGEN(2006)

AUDI A2H2(2004), Q5 FCEV(2009)

MERCEDES-Daimler NECAR 4(1999),CLASE A F-CELL(2002),

CLASE B F-CELL(2010)

MITSUBISHI FCV GRANDIS(2003)

TOYOTA FCHV(2002), FCHV-ADV(2008),

SUZUKI SX4-FCV(2008)

HYUNDAI TUCSON FCEV(2005), IX35 FC (2010), IX35

FC (2013)

GENERAL MOTORS Hy-Wire(2003), SEQUEL(2005),EQUINOX

FUEL CELL (2006)

KIA BORREGO FCEV(2008)

PEUGEOT H2ORIGIN(2008)

FORD EDGE HYSERIES DRIVE, EXPLORER

FCV(2008)

NISSAN X-TRAIL(2005)

Tabla 3. Modelos de vehículos de hidrógeno. Elaboración propia

3.1.1 Honda El coche de primera generación de Honda es del año 2002. Honda presentó los

vehículos de pila de combustible FCX-V1 y FCX-V2 en septiembre de 1999. Un año más

tarde, el FCX-V3 aumentó su capacidad hasta los cuatro pasajeros. Durante el pasado

año, vio la luz el FCX-V4, por último, Honda ha logrado con el FCX el prototipo

definitivo de este modelo de pila de combustible. [41]

MODELO HONDA FXC (2002)

Longitud 4,165 m

Altura 1,645 m

Peso 1680 Kg

Velocidad máxima 150 km/h

Autonomía 355 Km

Aceleración 0-100 Km/h

Potencia de la pila de combustible 80KW

Sistema almacenamiento del hidrógeno Dos depósitos separados que contienen

156L

Presión de almacenamiento del

hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar

Par máximo 272 Nm

Potencia del motor eléctrico 62 KW

Tabla 4. Especificaciones Honda FXC 2002. [41]


29

Figura 22. Honda FXC 2002. [41]

El coche de pila de combustible de segunda generación del 2005. Este fue el vehículo

que vimos en el ejemplo arriba cuando explicamos el funcionamiento interno de un

coche de pila de combustible. Las especificaciones del modelo del año 2005 las

podemos ver en la figura de abajo.

MODELO HONDA FXC (2005)

Longitud 4,165 m

Altura 1,645 m

Peso 1670 Kg


Autonomía 430 km

Aceleración 0-100 Km/h 11 segundos

Potencia de la pila de combustible 86 KW (2003)

Sistema almacenamiento del hidrógeno Dos depósitos separados que contienen 4

kg de hidrógeno en total


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Supercondensadores

Par máximo 272 Nm


Tabla 5. Especificaciones Honda FXC 2005. [16]

La figura 14 antes vista representa el esquema interno del Honda FXC del 2005.

Honda añadió algunas mejoras a su modelo del 2006, pero su gran logro fue en el año

2008. Que como ya hemos dicho consiguió poner en la calle el primer vehículo de pila

de combustible.


30

Figura 23. Honda FXC Clarity 2008. [16]

Las pilas de combustible normalmente traen una configuración en el que el aire entra

en la pila de manera horizontal. Este Honda presenta un desarrollo de flujo en “V”.

Esta configuración aprovecha la fuerza de la gravedad para incrementar la capacidad

de drenar agua. También se emplearon separadores con un canal de flujo con forma

ondulada. El uso de una fase diferente para el hidrógeno y para el aire ha permitido al

refrigerante fluir de forma horizontal a través de los espacios que hay entre los dos

fluidos. Esto dió como resultado el enfriamiento uniforme dentro de las celdas. Al usar

menos celdas de enfriamiento se logró una reducción del peso y un incremento de la

compacidad. Este modelo del 2008 ha sustituido los supercondensadores del 2005 por

una batería de litio que aprovecha la energía de la frenada, gracias a esto el “Clarity”

consigue un rendimiento del 60 %, que es tres veces mayor que la de un vehículo

convencional de combustión interna. Las mejoras del “Clarity” consisten en un

aumento del rendimiento de la pila de combustible, de la autonomía, del par y de la

velocidad reduciendo incluso un poco el tamaño total del vehículo.

Las especificaciones se muestran abajo. El tiempo de repostaje de hidrógeno es

alrededor de 3 o 4 minutos y gracias a la batería instalada la potencia total puede

alcanzar los 100 KW, es decir en términos automovilísticos unos 136 CV.

MODELO HONDA FXC CLARITY (2008)

Longitud 4,835 m

Altura 1,47 m

Peso 1625 Kg



31

Autonomía 450 km


Potencia de la pila de combustible 100 KW

Sistema almacenamiento del hidrógeno Depósito de hidrógeno gas comprimido

de 171 L


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de litio

Par máximo 256 Nm


Tabla 6. Especificaciones Honda FXC Clarity 2008. [16]

Hay instalados sensores de seguridad para proporcionar una advertencia en el caso

(improbable) de una fuga de hidrógeno. Si ocurriera esta fuga, el sistema de

ventilación se activa y un sistema automático cierra las principales válvulas de corte en

el del depósito de hidrógeno o de las líneas de abastecimiento si fuera necesario. Las

líneas de alta tensión están aisladas eléctricamente. En el caso de colisión del vehículo,

el sistema automáticamente corta el flujo de hidrógeno y la corriente eléctrica. [16]

3.1.2 Opel y General Motors. El primer prototipo de esta compañía fue el Opel Zafira Hydrogen1 del año 2001. Para

su época fue el vehículo de pila de combustible que mejor prestaciones tenía en

cuanto a autonomía, velocidad y resistencia. El siguiente modelo del 2003, presentó

varias mejoras. La pila de combustible de General Motors del año 2000 instalada en el

Hydrogen3 está formada por 200 pilas de combustible individuales colocadas en serie,

de menor tamaño pero de mayor potencia específica. De valores de 1.1 KW/litros o

0,47 KW/Kg ha pasado a 1.6 KW/litros o 0.94 kw/Kg. La tensión de la pila de

combustible alcanza valores de entre 250 y 380 V y llega hasta un motor de alterna,

asíncrono y trifásico de 60 KW. Este motor alcanza un par de 215 Nm a 12000 r.p.m. La

arquitectura del sistema de pila de combustible permite que con la producción de

agua, resultado de la reacción química sea suficiente para humidificar la membrana

protónica, al eliminar la necesidad de un componente externo adicional que

humidifique la membrana en total se ha recortado hasta 100 kg de peso del Hydrogen1

al Hydrogen3. El rendimiento de este último puede alcanzar valores de entre 36-40%.

[17].

MODELO Opel Zafira HydroGen3 (2003)

Longitud 4,317 m

Altura 1,684 m

Peso 1750 Kg



32

Autonomía 400 km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Dos depósito de hidrógeno gas

comprimido de 77.4 L o 3.1 Kg


hidrógeno

700 bar


Par máximo 215 Nm a 12000 r.p.m


Tabla 7. Especificaciones Opel Zafira HydroGen3 (2003). [17]

Figura 24. Opel Zafira HydroGen3. [17]

El modelo más actual del General Motors es el siguiente al visto anteriormente. El

HydroGen4 del 2007 saldrá al mercado entre el 2015 y el 2020. A diferencia del Honda

Clarity, la caja donde contiene la pila de combustible la lleva instalada en la parte

delantera del vehículo, y los tanques de hidrógeno en el suelo del mismo.


33

Figura 25. GM HydroGen4. [17]

MODELO GM HydroGen4 (2007)

Longitud 4,796 m

Altura 1,760 m

Peso 2000 Kg


Autonomía 320 km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Dos depósito de hidrógeno gas

comprimido de 4.2 Kg


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de Níquel de 1.8 KWh/35 KW

Par máximo 320 Nm


Tabla 8. Especificaciones Opel Zafira. [18]

3.1.3 Volkswagen El desarrollo de las pilas de combustible hecho por Volkswagen se remonta a

1997, cuando apostaron por un modelo de pila de combustible basado en el diseño del

Golf. Tenía una potencia de 20KW, cuatro años más tarde fue el turno del “Bora”

basado en el modelo del Jetta, fue el primer vehículo de la gama “Hymotion”.

MODELO Volkswagen Bora HyMotion (2000) Longitud 4,376 m

Altura 1,446 m

Peso 1300 Kg



34

Autonomía 350 km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Depósito de hidrógeno líquido de 50 L


hidrógeno

-

Potencia auxiliar -

Par máximo 240 Nm


Tabla 9. Especificaciones VW Bora HyMotion. [19]

Figura 25. VW Bora Hymotion. [19]

En 2004 Volkswagen introdujo varias novedades en su modelo de Touran. Esta vez

apostaron por hidrógeno gas comprimido en lugar de líquido, además; instalaron un

batería de níquel para que el coche tuviera una mejor respuesta a una aceleración. En

operación normal la pila de combustible carga la batería, pero también puede cargarse

mediante la energía de la frenada.

MODELO Volkswagen Touran HyMotion (2004)

Longitud 4,405 m

Altura 1,635 m

Peso 1526 Kg

Velocidad máxima 140 Km/h

Autonomía 161 km




de 1,9 kg


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de níquel de 1,9KWh

Par máximo 240 Nm



35

Tabla 10. VW Touran HyMotion 2004. [19], [45]

Figura 26. VW Touran HyMotion 2004. [45]

En 2008 Volkswagen presentó el Tiguan HyMotion con la pila de combustible en el

compartimento donde suele ir el motor de combustión, es decir debajo del capó. Este

modelo es más pesado que el anterior, sin embargo la aceleración y la velocidad son

prácticamente los mismos, y el par máximo es menor. La presión de almacenamiento

es mayor que el Touran y la misma que los mismos modelos del resto de fabricantes

por lo que la autonomía es claramente mayor.

MODELO Volkswagen Tiguan HyMotion (2008)

Longitud 4,400 m

Altura 1,686 m

Peso 1700Kg


Autonomía 230 km


Potencia de la pila de combustible 80KW o 100 KW combinada con la batería


de 3,2 kg


hidrógeno

700 bar


Par máximo 220 Nm


Tabla 11. VW Tiguan HyMotion. [19]


36

Figura 27. VW Tiguan HyMotion 2008. [19]

3.1.4 Fiat El Fiat Panda de pila de combustible del año 2006 no lleva instalada ninguna batería. La

pila de combustible le proporciona toda la potencia que necesita el motor de alterna

de tres fases que le permite al coche alcanzar los 130Km/h. El motor eléctrico y la

transmisión se encuentran en el compartimento donde normalmente va el motor de

combustión. El hidrógeno se almacena a 350 bar en un depósito de material

compuesto instalado debajo del suelo. La reducción del espacio sigue permitiendo que

vayan 4 personas en el coche.

MODELO Fiat Panda (2006) Longitud 3,538 m

Altura 1,590 m

Peso 1365 Kg


Autonomía 200 km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Hidrógeno gas comprimido


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar -

Par máximo


Tabla 12. Especificaciones Fiat Panda. [20]


37

Figura 28. Fiat Panda. [20]

3.1.5 Audi El coche de pila de combustible desarrollado por Audi llamado A2H2 es un pequeño

coche deportivo. Utiliza una pila de combustible y un motor eléctrico de 66 KW que

alcanza un par motor de 425 Nm, que lo pueden proporcionar conjuntamente la pula

de combustible y la batería de Níquel de 38KW. Con la combinación de los dos el Audi

A2H2 tiene una potencia pico durante periodos cortos de tiempo de 110KW. Utiliza la

energía cinética de la frenada para recargar la batería. [20]

MODELO Audi A2H2(2004) Longitud 3,826 m

Altura 1,553 m

Peso 1100 Kg


Autonomía 220 km

Aceleración 0-60 Km/h 10 segundos sin batería


Sistema almacenamiento del hidrógeno Hidrógeno gas comprimido, 1,8Kg


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMH de 38KW

Par máximo 425Nm


Tabla 13. Especificaciones A2H2. [21]


38

Figura 29. Audi A2H2. [21]

El segundo prototipo de vehículo de hidrógeno desarrollado por Audi es el Q5. Como

en la mayoría de los fabricantes las mejoras de este vehículo han consistido en el

almacenamiento del hidrógeno para aumentar la autonomía. Presenta una

peculiaridad, tiene dos motores eléctricos colocados en las ruedas delanteras que

proporcionan una potencia combinada de 90Kw y par de 420Nm.

MODELO Audi Q5 FCEV(2009)

Longitud 4,63 m

Altura 1,65 m

Peso

Velocidad máxima

Autonomía



Sistema almacenamiento del hidrógeno Dos tanques Hidrógeno gas comprimido


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de Litio de 1.3 KWh

Par máximo 420 Nm


Tabla 14. Especificaciones Audi Q5 FCEV. [22]


39

Figura 30. Audi Q5 FCEV. [22]

3.1.6 Mercedes-Daimler Los esfuerzos de esta compañía por el coche de hidrógeno empezaron en 1993.

Durante la década de los 1990s realizaron varios prototipos de la Serie NECAR basados

en el Clase-A. El NECAR 1 y 2 utilizaron hidrógeno comprimido y el NECAR 3 y 4

optaron por hidrógeno líquido. El último de este tipo fue el NECAR 4 que llevaba

instalado en el maletero un depósito cilíndrico de 5 kg de hidrógeno líquido a -253 .

MODELO NECAR 4 (1999)

Longitud 3,785 m

Altura 1,615 m

Peso 1600Kg aprox.

Velocidad máxima 145Km/h

Autonomía 450Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Hidrógeno líquido a -253


hidrógeno

Potencia auxiliar

Par máximo


Tabla 15. Especificaciones NECAR 4 1999. [49]


40

Figura 30. NECAR 4 1999. [49]

En el año 2002 lanzaron otro modelo de clase-A y más recientemente el clase B del año

2010. Durante tantos años de investigación Mercedes ha mejorado muchos aspectos

del modelo del 2002. El motor eléctrico del Mercedes clase B genera 100 Kw de

potencia, que son 35 Kw más que el modelo anterior. Debido a la disminución en el

consumo de hidrógeno y al incremento de la capacidad de almacenaje de hidrógeno.

La autonomía se en el clase B de 400 Km. El modelo del 2010 es al igual que el del 2002

un coche híbrido, utilizan una batería que les sirve para arrancar el vehículo y durante

los periodos de aceleración del vehículo. La batería es recargable por la pila de

combustible y por la energía cinética de la frenada. [23]

MODELO Mercedes Clase-A (2002)

Longitud 3,785 m

Altura 1,615 m

Peso 1400Kg aprox.


Autonomía 160 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Hidrógeno gas comprimido


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMh de 20 KW

Par máximo 210 Nm


Tabla 16. Especificaciones Mercedes Clase-A 2002. [23]


41

Figura 31. Mercedes Clase-A 2002. [23]

MODELO Mercedes Clase-B (2010)

Longitud 3,840 m

Altura 1,593 m

Peso 1400Kg aprox.


Autonomía 400 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tres tanques de hidrógeno gas

comprimido de 3,8 kg


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMh de 1,4 KWh

Par máximo 320 Nm


Tabla 17. Especificaciones Mercedes Clase-B 2010. [23]

Figura 32. Mercedes Clase-B 2010. [23]


42

3.1.7 Mitsubishi El esfuerzo conjunto de Mitsubishi y Daimler-Chrysler dió como resultado el desarrollo

del modelo “Grandis” del 2003 movido por pila de combustible. Este vehículo es un

prototipo y aún posee mucho potencial de mejora sobretodo en cuanto a autonomía,

que se encuentra lejos de poder competir con uno de combustión interna. Este

programa tuvo el apoyo del Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón. El

proyecto tiene como objetivo llevar hasta la fase de comercialización la pila de

combustible.

El sistema de propulsión consiste en una célula de pila de combustible y una fuente de

energía supletoria, una batería de NiMH. El hidrógeno se guarda comprimido en varios

tanques con una capacidad total de 117 Litros. [25]

Figura 33. Mitsubishi Grandis FCV. [25]

MODELO Mitsubishi Grandis FCV (2003)

Longitud 4,755 m

Altura 1,690 m

Peso 2000 Kg


Autonomía 150 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno gas comprimido de

117L


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMh

Par máximo 210 Nm


43


Tabla 18. Especificaciones Mitsubishi Grandis FCV. [26]

3.1.8 Toyota Toyota comenzó a trabajar con los FCHV (“Fuel cell hibrid vehicles”) en 1992 con el

desarrollo de sus propias celdas de combustible de hidrógeno y los depósitos de

almacenamiento de hidrógeno en sus instalaciones. La empresa aplica su tecnología de

conducción híbrida al desarrollo de los FCHV sustituyendo los motores de gasolina por

celdas de combustible y sus pilas de combustible presentan mejor rendimiento como

ya se vió. El primer vehículo con celdas de combustible del mundo, el Toyota FCHV, se

lanzó al mercado en 2002 y obtuvo la certificación en 2005.

La siguiente generación de vehículo híbrido con celdas de combustible, el FCHV-adv,

que contaba con una pila FC de Toyota totalmente renovada y de alto rendimiento,

obtuvo la certificación del Ministerio japonés de Territorio, Infraestructuras y

Transporte el 3 de junio de 2008.

La eficiencia en el consumo de combustible del Toyota FCHV-adv se ha incrementado

en un 25 % gracias al uso de los depósitos de almacenamiento de hidrógeno a alta

presión de 700 bar desarrollados por Toyota. Además, este modelo cuenta con una

autonomía a velocidad constante de aproximadamente 830 km. El Toyota FCHV-adv es

capaz de arrancar incluso a -30 ºC, lo que mejora enormemente su rendimiento en

climas fríos. [27]

A velocidades bajas el coche puede funcionar solo con la batería hasta 50 Km. Pero

cuando acelera o para velocidades mayores tanto la batería como la pila de

combustible funcionan juntas. La batería se puede recargar cuando el coche frena. [27]

MODELO Toyota FCHV (2002)

Longitud 4,735 m

Altura 1,685 m

Peso 1880 Kg


Autonomía 330 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno gas comprimido


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de Níquel

Par máximo 260 Nm


Tabla 19. Especificaciones Toyota FCHV 2002. [28]


44

Figura 34. Toyota FCHV 2002. [28]

MODELO Toyota FCHV-adv (2008)

Longitud 4,735 m

Altura 1,685 m

Peso 1880 Kg


Autonomía 760 Km




156 L


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de Níquel

Par máximo 260 Nm


Tabla 20. Especificaciones Toyota FCHV-adv 2008. [29]

Figura 35. Toyota FCHV-adv. [29]


45

3.1.9 Suzuki El modelo SX4-FCV desarrollado en 2008 es hasta la fecha el único vehículo de pila de

combustible de la compañía nipona. Posee una pila de combustible propiedad de

General Motors. Cuenta con un depósito de hidrógeno comprimido a 700 bar, propio

de los coches de pila de combustible de su generación.

MODELO Suzuki SX4-FCV (2008)

Longitud 4,190 m

Altura 1,585 m

Peso 1350 Kg


Autonomía 250 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno gas comprimido


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Supercondensador

Par máximo 230 Nm


Tabla 21. Especificaciones Suzuki SX4-FCV. [30]

Figura 36. Suzuki SX4-FCV 2008. [31]

3.1.10 Hyundai En 1998 Hyundai estableció su primera unidad de pila de combustible. En el año 2000

desarrollaron el primer vehículo de esta tecnología, basado en el modelo Santa Fe. En

2003 empezaron el proyecto “Polaris”, consistía en el desarrollo y mejora del coche de

pila de combustible sin depender de ningún otro fabricante. [31]


46

En 2005 Hyundai sacó al mercado su coche de pila de combustible de segunda

generación, creado a partir del modelo Tucson. Incluyó mejoras prácticamente en

todos los aspectos respecto al modelo Santa Fe. La pila de combustible del modelo del

2005 se encuentra en el capó delantero, mientras que en el Santa Fe estaba debajo del

suelo. El Tucson también posee mayor autonomía, 300 km; gracias a su depósito de

hidrógeno de 152 litros, en el anterior modelo era solo de 72 litros. Es también un

poco más ligero y tiene 5 KW más de potencia gracias al cual logra picos de potencia de

hasta 80 KW. También la velocidad máxima es mayor en el Tucson, 150Km/h frente a

los 124km/h del Santa fe. [32]

MODELO Hyundai Tucson FCEV (2005)

Longitud 4,325 m

Altura 1,730 m

Peso 1462 Kg


Autonomía 300 Km




152 litros


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar

Par máximo

Potencia del motor eléctrico 80KW

Tabla 22. Especificaciones Hyundai Tucson FCEV. [33]

Figura 37. Hyundai Tucson FCEV 2005. [33]


47

En el año 2007 introdujeron en el modelo Tucson del 2005 varias mejoras que

permitieron al vehículo desarrollar una potencia de hasta 100 KW y una autonomía de

320 Km. En el año 2010 el vehículo en el cual instalarían un sistema de pila de

combustible fue el ix35. La autonomía de este modelo alcanzó los 560 Km.

MODELO Hyundai Tucson Ix35 SUV (2010)

Longitud 4,719 m

Altura 1,670 m

Peso


Autonomía 560 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno 2 Tanques de hidrógeno gas comprimido

de 5,6 Kg


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería de litio de 21 KW

Par máximo 300 Nm


Tabla 23. Especificaciones Hyundai Tucson ix35 SUV 2010. [34]

Figura 38. Hyundai Tucson ix35 SUV 2010. [34]

En 2013 Hyundai logra que su coche de pila de combustible basado en el ix35 se

convierta en el primer vehículo de esta tecnología en producirse en serie. La compañía

coreana tiene en mente producir 1000 unidades de este vehículo en 2015 y 10,000

más en los próximos años. [32]

El ix35 del año 2013 tarda un total de 3 minutos es repostar el hidrógeno y tener los

tanques llenos de nuevo. Estos tanques le proporcionan una autonomía de casi 600


48

Km. Hyundai está desarrollando este vehículo junto con el “London Hydrogen Project”

y otras instituciones para crear infraestructuras de repostaje de hidrógeno. [32]

MODELO Hyundai Tucson Ix35 SUV (2013)

Longitud 4,410 m

Altura 1,650 m

Peso 2290Kg


Autonomía 594 Km

Aceleración 0-100 Km/h 12,5 segundos



5,64 Kg


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de litio de 24KW

Par máximo 300 Nm/1000 rpm


Tabla 24. Especificaciones Hyundai ix35 SUV 2013. [35]

Figura 39. Hyundai Tucson ix35 SUV 2013. [35]

3.1.11 Chevrolet El primer prototipo de coche de hidrógeno diseñado por General Motors, además del

HydroGen3 fue el Hy-Wire, del mismo año; cuyas especificaciones se encuentran en la

siguiente tabla. La pila de combustible consiste en 200 celdas conectadas en serie que

proporcionan una tensión de entre 125V y 200V. EL hidrógeno se almacena en tres


49

depósitos que contienen un total de 2 Kg. El peso de estos tres depósitos es de 75 Kg.

[40]

MODELO GM Hy-Wire (2003)

Longitud 4,300 m

Altura

Peso 1898 Kg


Autonomía 200Km


Potencia de la pila de combustible 125V-200V/94KW hasta 129KW

Sistema almacenamiento del hidrógeno Tres Tanques de hidrógeno gas

comprimido de 2Kg


hidrógeno

350bar

Potencia auxiliar

Par máximo 215Nm

Potencia del motor eléctrico 250V-380V/60KW

Tabla 25. Especificaciones GM Hy-Wire. [40]

Figura 40. GM Hy-wire 2003. [40]

El chevrolet Sequel del año 2005 utiliza una pila de combustible de cuarta generación

desarrollada por el grupo General Motors y Opel. La pila de combustible del Sequel

tiene un rango de potencia de 73 KW y una fuente secundaria de energía, una batería

de litio de 65 KW. Posee un motor eléctrico de 65KW en las ruedas delanteras y un

motor eléctrico para cada una de las ruedas traseras de 25KW cada uno, lo que otorga

una potencia de tracción total de 115KW.

El Sequel contiene 8 Kg de hidrógeno comprimido almacenados en tres tanques

cilíndricos de material compuesto a 700 bar. Este depósito permite al Sequel recorrer

hasta 480Km sin necesidad de repostar. [36]


50

MODELO Chevrolet Sequel (2005)

Longitud 4,994 m

Altura

Peso 2070 Kg


Autonomía 480 Km




comprimido de 8 Kg


hidrógeno

700 bar


Par máximo


Tabla 26.Especificaciones Chevrolet Sequel 2005. [36]

Figura 41. Chevrolet Sequel 2005. [36]

Chevrolet desarrolló su segundo coche de pila de combustible unos años después del

Sequel. El sistema de almacenamiento de hidrógeno es diferente, tiene menos

capacidad lo que le da un rango de kilómetros recorridos sin repostar. Utiliza al igual

que el Sequel una pila de combustible de cuarta generación. Esta célula tiene una vida

operativa de 2 años y medio y puede recorrer con ella hasta 80,000 Km. Permite

arranque en frío hasta -25 grados y en un ambiente cálido de hasta 45 grados. [36]


51

MODELO Chevrolet Equinox (2006) Longitud 4,796 m

Altura

Peso 2010 Kg


Autonomía 320 Km




comprimido de 4,2Kg


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMh de 35 KW

Par máximo 320 Nm

Potencia del motor eléctrico 73KW y picos de 94KW

Tabla 27. Especificacines Chevrolet Equinox 2006. [37]

Figura 42. Chevrolet Equinox 2006. [37]

3.1.12 Kia Kia desarrolló su primer coche de pila de combustible en el 2006 con el Kia Sportage

FCEV, dos años más tarde lanzaría otro prototipo basado en el modelo del Kia Borrego.

La pila de combustible que utiliza es capaz de dar 115KW de potencia. Utiliza un

supercondensador de 450V y 100KW como fuente de energía supletoria. El motor

eléctrico que emplea es de 109KW y se encuentra en la parte delantera del vehículo.

La combinación de la pila de combustible y de los supercondensadores el Kia Borrego

es capaz de arrancar a temperaturas de -30 grados. El Kia Borrego al igual que la

mayoría de los prototipos de vehículos de pila de combustible aprovecha la energía

cinética de la frenada para recuperar energía. Lo que le permite una aceleración de 0 a

100Km/h en 12,8 segundos.


52

El consumo del Kia Borrego se estima en 5,23 litros de hidrógeno cada 100 Km. [38]

MODELO Kia Borrego FCEV (2008)

Longitud 4,879 m

Altura 1,811 m

Peso 1926 Kg


Autonomía 686 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno comprimido


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Supercondesador 450 V/100 KW

Par máximo


Tabla 28. Especificaciones Kia Borrego FCEV. [38]

Figura 43. Kia Borrego FCEV. [38]

3.1.13 Peugeot El Peugeot H2Origin fue el resultado de tres años de investigación entre las compañías

Peugeot y Citroen. “British company Intelligent Energy” fue la encargada de

suministrar a este vehículo la pila de combustible. Este modelo de coche eléctrico

anteriormente era impulsado solamente con una batería, lo que le permitía recorrer

100km sin necesidad de recarga. Con la pila de combustible y un depósito de 350 bar

de hidrógeno comprimido esta autonomía subió hasta los 288Km.


53

Una de las novedades introducidas por Peugeot en este coche de hidrógeno del año

2008 es que los depósitos de hidrógeno se pueden quitar fácilmente cuando estén

vacios ya que están montados sobre raíles deslizantes. Esto hace que el H2Origin no

dependa de estaciones de repostaje de hidrógeno para funcionar.

La pila de combustible instalada en este vehículo permite arrancar el coche a

temperaturas de hasta -20 grados. Su potencia de 10KW tiene una fuente supletoria de

energía, una batería de níquel de 180V que proporciona 47 caballos de potencia, es

decir 34KW. Lo que le da al Peugeot una velocidad máxima de 100Km/h. [39]

MODELO Peugeot H2Origin (2008)

Longitud 4,137 m

Altura 1,960 m

Peso


Autonomía 290 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno comprimido


hidrógeno

350 bar

Potencia auxiliar Batería 180 V/34 KW

Par máximo

Potencia del motor eléctrico

Tabla 29. Especificaciones Kia Borrego FCEV. [39]

Figura 44. Peugeot H2Origin. [39]


54

3.1.14 Ford El primer prototipo que fue probado en carretera hecho por Ford fue en 1999 con un

prototipo llamado “P2000”.En 2006 lanzó un vehículo basado en su Explorer. [42]

MODELO Ford Explorer FCV (2006)

Longitud

Altura

Peso 2580 Kg

Velocidad máxima

Autonomía 560 Km



Sistema almacenamiento del hidrógeno Tanques de hidrógeno comprimido de 4,5

Kg de hidrógeno


hidrógeno

700 bar

Potencia auxiliar Batería de NiMH de 50 KW

Par máximo


Tabla 30. Especificaciones Ford Explorer FCV. [42]

Figura 45. Ford Explorer FCV. [42]

Posteriormente el siguiente modelo se llamó Edge Hyseries Drive. Es un coche

eléctrico pensado más en la batería como fuente primaria de energía más que la pila


55

de combustible. Esto es debido a que la pila de combustible instalada tiene un rango

muy pequeño para reducir los gastos. Esta es una apuesta hecha por Ford en este

prototipo que lo diferencia de otros vehículos que hemos vistos. La compañía

americana considera que debido a que esta tecnología aún no es muy madura, al no

contar con las instalaciones e infraestructuras necesarias; no merece la pena que el

coche dependa en su mayoría del hidrógeno. Este prototipo puede llevar depósitos de

hidrógeno de 350 bar o 700 bar. [12]

MODELO Edge Hyseries Drive (2007)

Longitud

Altura

Peso


Autonomía 320 Km/450 Km


Potencia de la pila de combustible


Kg de hidrógeno


hidrógeno

350 bar/700 bar


Par máximo 230 Nm


Tabla 31. Especificaciones Edge Hyseries Drive. [12]

Figura 46. Edge Hyseries Drive. [12]


56

En ese mismo año, el prototipo “Hydrogen 999” basado en un coche de carreras

alcanzó la velocidad de 331Km/h lo que se convirtió en el coche de pila de combustible

más rápido del mundo. [12]

3.1.15 Nissan El primer coche que presentamos es el que ya vimos cuando presentamos el sistema

de alta tensión en la figura 19. Sus especificaciones las incluimos a continuación. Su

predecesor del 2003 llevaba el hidrógeno almacenado a 350 bar. Ahora en el modelo

del 2005, podemos encontrarlo de las dos versiones, bien de 350 bar, bien de 700 bar.

Con el correspondiente aumento de su autonomía. [10]

MODELO Nissan X-Trail FCV (2005)

Longitud 4,485 m

Altura 1,745 m

Peso 1790 Kg/1860 Kg


Autonomía 370 Km/500 Km




Kg de hidrógeno


hidrógeno

350 bar/700 bar


Par máximo 270 Nm


Tabla 32. Especificaciones Nissan X-Trail FCV 2005. [10]

Figura 47. Nissan X-Trail FCV 2005. [10]


57

El último modelo que Nissan ha desarrollado es el Nissan Terra SUV. Es un vehículo

híbrido de tracción a las 4 ruedas del que no se tienen todavía datos.

3.2 Clasificación de vehículos. Se van a clasificar los modelos vistos anteriormente según el tipo y el tamaño del

vehículo. Los fabricantes han desarrollado sus vehículos de hidrógeno basándose en

modelos de combustión interna que ya existían anteriormente, de manera que la

clasificación sería la siguiente:

URBANO COMPACTO BERLINA SUV

Honda FXC (2005) Opel HydroGen3 Honda FXC Clarity Opel HydroGen4

Fiat Panda Mercedes Clase-B Volkswagen Bora Volkswagen Touran

Audi A2H2 Suzuki SX4-FCV Mitsubishi Grandis Volkswagen Tiguan

Necar 4 GM Hy-wire Renault Scenic FCH Audi Q5

Mercedes Clase-A Peugeot H2Origin Toyota FCHV

Ford Focus Toyota FCHV-adv

Ford Focus-adv Hyundai Tucson

Hyundai ix35

Chevrolet Sequel

Chevrolet Equinox

Kia Borrego

Edge Hyseries Drive

Ford Explorer

Nissan X-Trail

Hyundai Santa fe

Kia Sportage

Toyota FCV-R

Tabla 33. Clasificación de los vehículos de hidrógeno por tipo. Elaboración propia.

Se puede ver que los fabricantes han optado la mayoría por coches tipo SUV debido a

que tienen mayor espacio para poder almacenar los contenedores de hidrógeno y la


3.3 Ratios comparativos. Varios modelos presentados arriba son sólo prototipos y algunas de sus

especificaciones no están disponibles. A continuación se presenta una tabla resumen

con los datos más importantes de un coche movido por pila de combustible. En rojo se

incluyen otros modelos que no se han presentado en detalle anteriormente pero

tienen en cuenta a la hora de realizar los ratios.


58

MODELO AÑO POTENCIA

DE LA

PEM(KW)

AUTONOMÍA(KM) ALMACENAMIENTO

DE HIDRÓGENO

Honda FXC 2002 80 355 156L. 350 bar

Honda FXC 2005 86 430 4Kg. 350 bar

Honda FXC

Clarity

2008 100 450 171L. 350 bar

Opel

HydroGen3

2003 94 400 77.4 L /3.1 Kg. 700

bar

Opel

HydroGen4

2007 93 320 4,2Kg. 700 bar

VW Bora

Hymotion

2000 75 350 50L. líquido

VW Touran Hymotion

2004 80 161 1,9Kg. 350 bar

VW Tiguan Hymotion

2008 100 230 1,9Kg. 700 bar

Fiat Panda Hidrogen

2006 60 200 350 bar

Audi A2H2 2004 66 220 1,8Kg. 350 bar Audi Q5 FCEV 2009 98 - 700 bar

NECAR 4 1999 70 450 50Kg. Líquido Mercedes

Clase-A 2002 85 150 350 bar

Mercedes Clase-B

2010 90 400 3,8Kg. 700 bar

Mitsubishi Grandis FCV

2003 68 160 117L. 350 bar

Toyota FCHV 2002 90 330 350 bar Toyota FCHV-

adv 2008 760 156L. 700 bar

Suzuki SX4-FCV

2008 80 250 700 bar

Hyundai Tucson FCEV

2005 80 300 152L. 350 bar

Hyundai Tucson ix35

2010 100 560 5,6Kg. 350 bar

Hyundai Tucson ix35

2013 100 594 5,64Kg. 700 bar

GM Hy-Wire 2003 94 200 2Kg. 350 bar Chevrolet

Sequel 2005 73 480 8Kg. 700 bar

Chevrolet Equinox

2006 93 320 4,2Kg. 700 bar

Kia Borrego 2008 115 686 700 bar


59

FCEV Peugeot H2Origin

2008 10 290 350 bar

Edge Hyseries

Drive

2007 Hyseries drive

320/450 4,5 Kg. 350/700 bar

Ford Explorer FCV

2006 65 560 4,5 Kg. 700 bar

Nissan X-Trail FCV

2005 90 370/500 4,5 Kg. 350/700 bar

Ford Focus FCV

2000 85 160 252 bar

Ford Focus FCV adv.

2002 85 290 4Kg. 350 bar

Ford P2000 1999 75 160 Comprimido Hyundai

Santa Fe SUV 2000 75 160 Comprimido

Kia Sportage 2004 80 300 350 bar Renault

Scenic FCH 2008 90 240 -

Toyota FCV-R 2011 - 700 700 bar Daihatsu

Move FCV 2001 30 120 252 bar

Tabla 34. Lista de vehículos y año de producción. [43]

En la tabla siguiente aparece la densidad del hidrógeno en función de la presión de

almacenamiento.

Figura 48. Densidad del hidrógeno para cada presión de almacenamiento. [44]

Los datos que interesan son los siguientes:


60

De manera que ya se sabe la masa de hidrógeno que es capaz de albergar cada

vehículo visto anteriormente salvo la de aquellos de los que no se dispone datos.

Lo primero que se va a ver es la evolución de la autonomía, de los kilogramos de

hidrógeno almacenados y de la presión de almacenamiento del hidrógeno en los

vehículos vistos anteriormente a lo largo del tiempo. Se van a dividir todos los

modelos en cinco grupos. Vehículos fabricados hasta el 2002, 2004, 2006, 2008 y hasta

el 2013.

Gráfico 1. Autonomía del vehículo. Elaboración propia.

Esta tabla recoge los datos de autonomía de todos los vehículos de hidrógenos vistos.

Se comprueba que hasta el año 2006 no se consigue una autonomía de más de 500

km, posteriormente se ve cómo va evolucionando progresivamente la autonomía del

coche de hidrógeno. Aunque los datos son dispares la tendencia es que el vehículo sea

capaz de recorrer 600 kilómetros sin necesidad de repostar. El NECAR 4 de 1999

consigue una autonomía de 450km con su depósito de hidrógeno líquido. El que mayor

autonomía tiene es el Toyota-FCHV del año 2008 con 760km. Este Toyota recordemos

tiene almacenado casi 7,5Kg de hidrógeno a 700 bar lo que le permite ser el que más

kilómetros hace.

El gráfico de abajo muestra la cantidad de kilogramos que almacena cada vehículo.

NECAR 4 Opel HydroGen3

Ford Explorer

Toyota-FCHV-adv

Hyundai ix35

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015

Km

re

corr

ido

s

Año de lanzamiento del vehículo

Autonomía del vehículo

2002

2004

2006

2008

2013


61

Gráfico 2. Cantidad de hidrógeno a bordo del vehículo. Elaboración propia.

Durante los primeros años un valor común de todos los fabricantes ha sido almacenar

entre 3 y 5 kilogramos de hidrógeno, recordemos que debido a la densidad del

hidrógeno a presión 3 kg de hidrógeno a 350 bar ocupan 125L y a 700 bar ocupan 63L,

que son valores superiores en volumen a lo que ocupa un depósito normal de gasolina.

A partir del 2007 se amplía esta cantidad de hidrógeno almacenado debido al uso más

frecuente de 700 bar lo que dio como resultado un aumento de la autonomía del

vehículo.

Para entender los gráficos anteriores hace falta el gráfico de presión de

almacenamiento del hidrógeno a bordo. De los modelos vistos, solo el Volkswagen

Bora y el Daimler NECAR 4 almacenan hidrógeno líquido, el resto lo hacen a presión;

bien a 252 bar, 350 bar o 700 bar.

NECAR 4

Chevrolet Sequel

Toyota FCHV-adv

Hyundai ix35

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015

Kg

de

hid

róge

no


Kg de hidrógeno almacenado

2002

2004

2006

2008

2013


62

Gráfico 3. Presión de almacenamiento del hidrógeno a bordo. Elaboración propia.

El siguiente ratio muestra cuál es el vehículo que más kilómetros hace por kilogramo

de hidrógeno. Sabiendo la cantidad de masa que puede transportar cada vehículo y la

autonomía proporcionada por cada fabricante podemos calcular el ratio Km/Kg de

hidrógeno.

Gráfico 4. Kiómetros recorridos por cada kilogramo a bordo. Elaboración propia.

Ford Focus FCV

VW Bora.M. Clase-A, Toyota FCHV

Opel HydroGen3

Mitsubishi, VW Touran, Audi A2H2,

Kia Sportage

C.Equinox

Honda FXC, Hyundai Tucson,

Fiat Panda

Nissan X-TRAIL VW Tiguan

Peugeot H2Origin, Honda Clarity

Opel HydroGen 4

Mercedes Clase-B

Hyundai ix35

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

bar

de

hid

róge

no


Presión de almacenamiento

2002

2004

2006

2008

2013

VW Bora

Opel HydroGen3

Ford Explorer

Honda Clarity Hyundai ix35

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1999 2004 2009 2014

Rat

io K

m/K

g d

e h

idró

gen

o


Km recorridos por Kg de hidrógeno almacenado

2002

2004

2006

2008

2013


63

Del gráfico anterior se observa que a principio de los 2000s la tendencia es muy dispar.

Se puede ver que la tendencia es que el vehículo sea capaz de recorrer 100 Km con

cada kilogramo de hidrógeno. Basándonos en los datos de los fabricantes el coche que

tiene mayor ratio es el Opel HydroGen3 del año 2003 que almacena hidrógeno a 350

bar. En los siguientes años los que tienen mayor ratio son el Ford Explorer FCV del año

2006, el Honda FCX Clarity del 2008 y el Hyundai ix35 del año 2013. Solo el Ford y el

Hyundai almacenan el hidrógeno a 700 bar.

En el siguiente ratio se analiza la potencia de la PEM de cada vehículo por masa total

del mismo. En el siguiente gráfico vemos que el que tiene mejor ratio es el Mercedes

Clase-B del año 2010. Aunque le hemos dado un valor aproximado de 1400 kg, igual

que su versión en diesel, el conjunto motor eléctrico-pila de combustible hace que su

peso sea mayor, por lo tanto no podemos decir que el Mercedes Clase-B tenga el

mayor ratio de todos, lo mismo pasa con el Mercedes Clase-A del año 2002. El

siguiente es el Honda FXC Clarity del año 2008 que tiene un peso de 1625Kg y una pila

de combustible de 100KW. Del año 2003 el que mejor ratio tiene es el Opel HydroGen3

y en el año 2006 el Hyundai Tucson.

Gráfico 5. Potencia de la PEM por masa total del vehículo. Elaboración propia

El siguiente ratio que vamos a analizar es la velocidad máxima de cada vehículo entre

la potencia que da su pila de combustible.

VW Bora

Mercedes Clase-A Opel HydroGen3

Hyundai Tucson

Honda Clarity Mercedes CLase-B

Hyundai ix35

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015

Rat

io K

W d

e la

PEM

/Kg

veh

ícu

lo


KW de la PEM por masa total del vehículo

2002

2004

2006

2008

2013


64

Como vemos el coche que tiene mayor ratio es el Audi A2H2 del año 2004 que con sus

66KW es capaz de llegar a los 175Km/h, esto es debido al poco peso del Audi (apenas

1100Kg) y a que tiene una batería de 38KW como fuente de potencia supletoria. El

siguiente modelo con mejor ratio es el Fiat Panda del 2006 que con su pila de

combustible de 60KW llega a una velocidad de 130km/h, además este Fiat no lleva

ninguna batería secundaria que acompañe a la pila de combustible con lo que su

motor eléctrico consume todo lo que le proporciona la pila de combustible.

El Mitsubishi Grandis del año 2003 fue hasta la fecha el mejor de su gama. Alcanzando

una velocidad de 140Km/h con una pila de combustible de 68KW y más de 2000Kg de

peso. De entre los vehículos del 2008 el que mayor ratio tiene es el Suzuki SX4-FCV con

una velocidad de 150Km/h, una pila de combustible de 80KW y un peso de 1350Kg. En

el año 2010 Mercedes-Daimler consiguió que su Clase-B alcanzara una velocidad de

180Km/h. Fue el coche de pila de combustible más rápido después del Ford P2000 y

algún otro prototipo de carreras. El Mercedes utiliza una pila de 90KW y una batería de

1,4KWh.

No se ha incluido en el gráfico el Peugeot H2Origin que con una pila de combustible de

10KW es capaz de llegar a los 100Km/h. Debería ser el que mejor ratio tuviera sin

embargo, lleva instalada una batería de 34KW que da más potencia que la propia pila

de combustible por lo tanto no se puede comparar con el resto en este sentido.

Gráfico 6. Máxima velocidad por KW de la PEM. Elaboración propia

Honda FXC

Mitsubishi

Audi A2H2

Fiat Panda

Suzuki SX4 Mercedes Clase-B

Hyundai ix35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1999 2004 2009 2014

Rat

io K

m/h

/KW

Año de lanzamineto del vehículo

Km/h por KW de la PEM

2002

2004

2006

2008

2013


65

4. Conclusiones y resumen.

4.1 Balance de los ratios. Los ratios anteriores sirven para analizar cómo de bueno es el coche de hidrógeno, es

decir; cómo de bien aprovecha el fabricante cada kilogramo de hidrógeno, la potencia

de su pila de combustible y cómo de bien está construido. Sin embargo hay otros

factores que pueden repercutir en la decisión de lanzar al mercado un vehículo de pila

de combustible.

En los años 2006, 2007 y 2008 fueron muchos los coches de pila de combustibles que

se desarrollaron. El que más éxito tuvo y por eso el que comenzó a comercializarse en

Los Ángeles fue el Honda FCX Clarity. Esto es debido a que fue el primer coche con pila

de combustible de 100KW y con motor eléctrico de 100KW. Además lleva almacenado

un total de 4kg de hidrógeno a 350bar lo que le otorga una autonomía de 450Km. Si lo

comparamos con uno de sus competidores, el Volkswagen Tiguan del 2008 podemos

ver que aunque la pila de combustible es también de 100KW, la cantidad de hidrógeno

que puede almacenar es menor, 3,2Kg de hidrógeno y sólo 230Km de autonomía. En

cuanto al par que desarrolla, el Clarity da uno de 256Nm y el Tiguan 220Nm.

Del análisis hecho anteriormente, podemos ver cómo Toyota cada año ha ido

mejorando sus vehículos, reduciendo su peso e incrementando las prestaciones hasta

que vio en el Clarity una oportunidad sin precedente para poner su coche de pila de

combustible en el mercado.

Año 2008 Honda FCX Clarity VW Tiguan

Velocidad máxima 160 km/h 150 Km/h Autonomía 450 km 230 km

Aceleración 0-100 Km/h 11 segundos 14 segundos Potencia de la pila de

combustible 100 KW 80KW o 100 KW

combinada con la batería Sistema almacenamiento

del hidrógeno Depósito de hidrógeno gas comprimido de 171 L o 4Kg

Depósito de hidrógeno gas comprimido de 3,2 kg


hidrógeno

350 bar 700 bar

Potencia auxiliar Batería de litio Batería de litio Par máximo 256 Nm 220 Nm


100 KW 100 KW

Tabla 35. Comparación de dos vehículos del año 2008. Elaboración propia

Como ya se ha visto Hyundai ha desarrollado el último modelo en vehículo movido por

pila de combustible, el ix35. Tienen pensado poner en el mercado 1000 coches en el


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año 2015 a un precio aproximado de 50.000€. El principal motivo de que se haya

conseguido poner en el mercado este modelo es la bajada de precio con una

autonomía, una velocidad, un par y una aceleración comparada con la de un coche

movido por pila de combustible. Comparemos ahora el Hyundai ix35 de gasolina en el

2013 con el de pila de combustible.

Año 2013 Hyundai ix35 FCEV Hyundai ix35 ICE CRDI 2.0

Velocidad máxima 160 Km/h 182 Km/h Autonomía 594 Km 900 Km aprox.

Aceleración 0-100 Km/h 12,6 segundos 10,8 segundos Potencia de la pila de

combustible 100 KW 136 CV (100 KW)

Sistema almacenamiento del hidrógeno

Tanques de hidrógeno gas comprimido de 5,64 Kg o

75L

58L de diesel


hidrógeno

700 bar -

Potencia auxiliar Batería de litio de 24KW - Par máximo 300 Nm 320 Nm/1800 rpm


100 KW -

Precio 50000 € 28.250 € Peso 2290 Kg 1458 Kg

Tabla 36. Comparación un mismo modelo de coche, de FC y de diesel. Elaboración propia

Podemos ver que además de en el precio, el vehículo de hidrógeno tiene que mejorar

todavía mucho en cuanto autonomía. Claro está que, a largo plazo el modelo de pila de

combustible puede ser más rentable, esto dependerá del precio al que se encuentre el

litro de combustible hidrógeno.

4.2 Estado de la hibridación. La membrana electrolítica de protones (PEM) se ha estado desarrollando a un ritmo

muy alto en los últimos años, sin embargo tiene dos limitaciones todavía; el precio y la

duración. El coste de un motor de combustión interna se estima entre 25 y 30 $/KW;

ahora mismo los sistemas de pila de combustible son cinco veces más caros que estos.

Esto es debido a que los materiales y los costes de fabricación por catálisis, placas

bipolares y membranas son todavía muy caros. Por otro lado, se espera que las células

de pila de combustible sean tan fiables y duraderas como un coche de combustión

interna, por ejemplo de 5000 horas. Incluyendo rangos de operación a diferentes

condiciones de temperaturas y climas. [46]

Las pilas de combustible prefieren trabajar a régimen constante y lograr su máximo

rendimiento a cargas parciales. Sin embargo, un vehículo requiere una amplia gama de


67

valores de potencia para adaptarse a las condiciones a las que lo somete el usuario. La

hibridación de los vehículos con pila de combustible es una buena solución a este

problema. Es decir, el usar batería o supercondensadores cuando la demanda de

potencia es grande, como en las aceleraciones. Una configuración en hibridación como

se ha visto que presentan la mayoría de los vehículos estudiados presenta las

siguientes ventajas. [46]

1) Una pila de combustible más pequeña significa menor coste

2) La pila de combustible podría operar en su punto de rendimiento óptimo la

mayor parte del tiempo

3) La vida útil de las pilas de combustible sería mayor

4) Los diseñadores de pilas de combustible sería capaces de optimizar las celdas

según la potencia y no según los ciclos de vida

5) Se eliminaría la descarga completa de las baterías lo que mejoraría la vida de

estas.

6) Permitiría un arranque más rápido del vehículo

7) Permitiría recuperar la energía cinética de la frenada para cargar la batería

Las desventajas de la hibridación sería un vehículo más complejo, incremento del peso,

complejidad del sistema de control del vehículo y un mayor coste total del coche. [46]

4.3 Tecnologías competidoras. Las previsiones de duración de los supercondensadores son excelentes, tienen una

vida útil de décadas y pueden cargarse y descargarse sin problema cuantas veces se

quiera. La vida de las baterías, por ejemplo las de litio es todavía un problema. Se

estima en 7 años y una pérdida de su capacidad de un 5% anual. Esta esperanza de

vida se estima en 2000 ciclos al 80% de su profundidad de descarga antes de que haya

perdido el 20% de su energía. El número de ciclos es inversamente proporcional a la

profundidad de descarga, es decir que podría durar 4000 ciclos al 40%. [46]

Las pilas de combustible se evalúan en función del número de horas que están

funcionando hasta que pierden el 10% de su potencia. La última generación de pilas de

combustible de Ford, Daimler y General Motors tienen una duración de entre 800h y

1100h, esto corresponde a recorrer entre 33600km y 44800Km. La fiabilidad de los

vehículos de pila de combustible también tiene que seguir mejorado ya que algunos

pueden perder entre el 10-25% de su potencia en las primeras 300 horas de uso, es de

decir en sus primeros 13000km. [46]

El precio del coche de hidrógeno es el factor fundamental para que tenga una

aceptación por parte del usuario. Toyota ha reducido el precio de sus vehículos de pila

de combustible desde 2005 de 1 millón de dólares a 100.000 dólares y esperan seguir


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reduciéndolo hasta tener beneficios en el 2015. El precio de los coches de batería se

espera que se reduzca menos, un 50% en los próximos 10 años frente al 75% de las

pilas de combustible. Se espera que para 2020 un coche con una batería de 25KWh

cueste entre 6000$ y 10.000$ dando unas prestaciones similares a los de pila de

combustible. Estos costes están lejos de compararse con los de un coche de

combustión interna. Sin embargo una bajada del precio de los vehículos eléctricos

podría suscitar el desarrollo masivo de estos en el mercado. [46]

En la siguiente figura comparamos los diferentes tipos de vehículos en términos de su

coste, su funcionamiento y sus emisiones de . Los modelos elegidos son los

representativos de su clase y representan las tecnologías más avanzadas hasta el año

2010.

Tabla 37. Comparación de los modos de propulsión de los coches actuales. [46]

4.4 Perspectivas de las PEMFC En cuanto a rendimiento; un alto rendimiento de conversión es muy importante y

afecta al rendimiento total. Se debe maximizar el rendimiento a expensas de otros

retos, como pudieran ser tener rangos altos de densidad de energía; ya que el

rendimiento afecta al tamaño, peso y coste. [46]

Los supercondensadores actualmente son los más eficientes, ya que tienen un

rendimiento de entre el 90% y el 98% dejando poco margen de mejora. El rendimiento

de las baterías se ha mejorado sustancialmente. Se ha pasando de las de ácido (con un

rendimiento de entre el 75%-85%) y las de NiMH (65%-85%) a las de litio (90%-94%)

que compiten con los supercondensadores. Por eso los últimos modelos de vehículos

de hidrógeno incluyen este tipo de baterías. El rendimiento de las pilas de

combustible se estima que sea en 2015 del 60% y es muy posible que se consiga ya que

el rendimiento medio de los fabricantes de pila de combustible es del 52% y el mayor

de todos es del 57%. [46]


69

4.5 Hidrógeno frente a la gasolina Ahora vamos a comparar el hidrógeno líquido y gaseoso como combustible con la

gasolina. Las densidades energéticas de la gasolina son y

mientras las del hidrógeno ya vimos que eran y . Suponemos un

depósito de 50 litros de gasolina, el material del tanque ocupa un volumen

despreciable y pesa 40 kg. Se puede apreciar que un sistema de hidrógeno líquido

ocuparía 3,8 veces más que uno de gasolina y pesaría 3,7 veces más, mientras que uno

gaseoso a 700 bares ocuparía 6,5 veces más y pesaría 5,5 veces más. Es importante

notar que en el caso del hidrógeno líquido el 93% del peso del sistema se debe al

tanque y el 7% al hidrógeno que contiene, mientras que en el caso del hidrógeno

gaseoso a 700 bares, el 95,3% del peso se debe al depósito y sólo el 4,7% al hidrógeno.

En cuanto al volumen, tanto para el hidrógeno gaseoso a 700 bares como para el

hidrógeno líquido, aproximadamente el 56% del volumen se debe al hidrógeno y el

44% al espesor del cilindro y al espacio perdido en los extremos del cilindro. Por otro

lado, sólo el hidrógeno, sin el sistema de almacenamiento, supone 6,1 veces más en

volumen en el caso del hidrógeno gaseoso a 700 bares y 3,7 veces más en el caso del

hidrógeno líquido que un sistema de gasolina. [44]

De este ejemplo se pueden sacar varias conclusiones en cuanto a utilizar hidrógeno en

los vehículos.

Por sus propiedades físicas, el hidrógeno como combustible de vehículos,

almacenado como gas o como líquido, no podrá ofrecer las mismas

prestaciones que la gasolina en cuanto a volumen.

En cuanto al peso, el problema se debe a los tanques de almacenamiento y no

al propio hidrógeno.

Por ello, el almacenamiento condicionará fuertemente el diseño de los

vehículos de hidrógeno o éstos sólo podrán ofrecer autonomías sensiblemente

inferiores a los actuales.

Económicamente hablando, unos valores habituales y orientativos para almacenar

hidrógeno serían los siguientes: para presión de 200 bar puede costar 250 €/kg de

hidrógeno de capacidad, mientras que uno de tipo III puede costar 1.000 €/kg si es

para 350 bar y hasta 1.700 €/kg si es para 700 bar. Por lo que se puede sacar otra

conclusión.

El coste de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno es muy elevado,

sobre todo gaseoso, por la necesidad de utilizar materiales como fibras de

vidrio o de carbono. [44]


70

4.6 Otras limitaciones. Ya hemos hablado de las limitaciones y las desventajas que hoy en día presenta un coche de hidrógeno. Para que el sistema energético de los países desarrollados se base en el hidrógeno es fundamental la introducción del vehículo de pila de combustible. Como ya vimos en la introducción de este trabajo la economía basada en el hidrógeno requiere que éste se empiece a producir a partir de fuentes renovables de energía. Una solución sería que la electricidad sobrante de las horas de baja demanda se utilizara para generar hidrógeno, que se almacenará y se utilizará posteriormente, bien para generar electricidad durante las horas de alta demanda, bien para la propulsión de vehículos. [44] Son varios los países que participan activamente en la creación de infraestructuras de

hidrógeno, como los países del Norte de Europa, Alemania, Italia y los Estados Unidos.

Hasta la fecha en Europa hay 80 estaciones de hidrógeno, en Norte América 72, y en

Corea 13. [47]

Noruega, Suecia y Dinamarca forman la “Scandinavian Hydrogen Highway Partenrship

(SHHP)” que colaborando con otros países del Norte de Europa están fomentando la

creación de redes de hidrógeno para los vehículos de pila de combustible. Su objetivo

es crear 27 estaciones de hidrógeno que permitan a los consumidores de la zona el

poder usar esos vehículos y adquirir hidrógeno combustible más fácilmente.

El “Italian Hydrogen Highway Project” está trabajando con el SHHP para crear una red

de hidrógeno que conecte Escandinavia, Italia y Alemania. El objetivo de este proyecto

es crear infraestructuras de hidrógeno que permita a los vehículos de pila de

combustible desplazarse libremente por toda Europa. [47]

En la imagen de abajo se puede ver en verde las estaciones de hidrógeno que están

operando, en amarillo las que se están construyendo y en gris las que no están

operativas.


71

Figura 49. Hidrogeneras europeas actuales. [48]

Si en España se quiere la introducción del coche de hidrógeno es imprescindible que

haya infraestructuras preparadas para dos cosas, una; la producción de hidrógeno y

dos las estaciones de servicio donde estos vehículos puedan repostar.

En el mapa de arriba se observan las estaciones que están operando actualmente.

1) En Sevilla con el “Proyecto Hércules” desde el año 2006. Permite recarga de

vehículos de hidrógeno con tanques de 350 bar.

2) Estación Don Quijote situada en Albacete. Tiene capacidad para repostar

vehículos y autobuses a 350 bar.

3) Estación “Walqa” en Huesca permite recargar el depósito de un vehículo o de

un autobús de hidrógeno a 350 bar. [48]

En los años venideros se seguirán creando hidrogeneras, puesto que muchos países

están poco a poco preparándose para la futura comercialización de los vehículos de


Actualmente, el hidrógeno es más caro que las fuentes de energía tradicionales. La

eficiencia en la producción debe mejorar, y la infraestructura para transportar y

distribuir el hidrógeno de forma eficiente debe ser desarrollada. [50]


72

5. Referencias.

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