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¿Es el hidrógeno el combustible del futuro?

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Todas las etapas de la historia del automóvil han tenido algo en común:  la carrera tecnológica hacia la rentabilidad y la eficiencia . En épocas pasadas, cuando el petróleo no era un problema y el consumo un simple dato, eran otros los motivos de competencia entre las marcas, tales como la potencia, el diseño, la durabilidad…

Sin embargo, en pleno 2021, con la obsesión por el consumo y la contaminación  provocada por la Unión Europea y su  estricta regulación en materia de  emisiones que supondrán elevadas sanciones para las marcas, la búsqueda de nuevas fuentes de energía se ha convertido en el mayor desafío del transporte. 

¿Es el hidrógeno el combustible del futuro?

Fabricantes como Toyota ya han anunciado que  apostarán fuerte por el hidrógeno en los próximos años.

Una opción que se postula como una de las más interesantes y viables es el hidrógeno , un gas incoloro e inoloro que resulta tan limpio que sólo emite agua en su combustión -al añadir oxígeno al mismo, obtenemos H2O-. De hecho, a lo largo de la prueba os contaré una curiosidad del Mirai.

El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes del universo y, como compuesto (ya que no existe prácticamente en su forma molecular), existe en cantidades incalculables, no como el cobalto para las baterías. Aprovechando la apertura de la primera hidrogenera de alta presión en España, hemos querido probarlo como combustible.

¿Qué ofrece el Toyota Mirai?

Puede que el Toyota Mirai de primera generación que ves en estas imágenes no termine de entrarte por los ojos y lo cierto es que yo no te voy a culpar por ello. Por suerte o por desgracia, las cosas van a cambiar mucho en los próximos años, ya que la firma nipona nos mostró hace unos meses el Toyota Mirai de segunda generación  para Europa.

Personalmente, lo cierto es que me ha enamorado el nuevo rumbo que tomará el modelo, sobre todo después de haber podido experimentar la conducción de un vehículo eléctrico impulsado por hidrógeno (FCEV). El Mirai sufrirá un rediseño completo que le sienta de maravilla, al tiempo que incluirá importantes novedades en sus entrañas.

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Uno de los cambios más importantes para el Mirai 2021 es la evolución de su estructura, pues empleará una plataforma de tracción trasera en el lugar de la actual con tracción delantera. Desarrollado sobre la  plataforma modular TNGA de Toyota, esto ha permitido a los diseñadores hacer un sedán más largo, más bajo, más ancho y más robusto.

Esto llama la atención, porque el Toyota Mirai actual es tan largo como una gran berlina de tipo Mercedes-Benz Clase E o BMW Serie 5. Para que os hagáis una idea, el nuevo Toyota Mirai alcanzará los 4.975 mm de largo, 1.885 mm de ancho y 1.470 mm de alto, con una batalla de 2.920 mm .

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En el interior, el Mirai que hemos probado es muy similar en calidades y ajustes a otros modelos de la gama Toyota, aunque puede apreciarse un mayor empleo de materiales blandos en las superficies más visibles para darle ese toque extra de ambiente premium que esperaríamos en un modelo de más de 80.000 euros.

Como curiosidades, cabe destacar que es un modelo de cuatro plazas, con una prominente consola central en la segunda fila de asientos. Eso sí, pese a que cuatro adultos viajarán con plena comodidad no es especialmente espacioso, al tiempo que el maletero únicamente cubica 361 litros a causa del conjunto de pila de combustible.

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Al igual que ocurre en el exterior, el habitáculo del Mirai 2021 se ha modernizado por completo, presentando un nuevo diseño más limpio y elegante, materiales de alta calidad que nada tienen que ver con los actuales y un elevado nivel de tecnología en el que encontramos un espejo retrovisor digital opcional, una pantalla táctil de 12.3 pulgadas con navegación…

Otro detalle curioso es el botón que indica ‘H2O’ en la parte izquierda del puesto de conducción. Este abre una tobera que hay en la parte trasera de los bajos del coche, purgando con ello el circuito para evitar que el agua generada por la pila se congele cuando el vehículo está estacionado. El Toyota Mirai produce una media de 7 litros de agua cada 100 kilómetros.

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¿Cómo funciona un motor de hidrógeno?

Toyota ha sido discreta con los detalles acerca del tren motriz del nuevo Mirai, que se mantiene propulsado por hidrógeno. La firma solo apunta a un aumento del 30% en la autonomía, lo que podría suponer un alcance total de unos 653 kilómetros. En el modelo actual Toyota declara 550 kilómetros, aunque realmente son alrededor de 320 km.

Voy a evitar entrar en datos técnicos porque, aquellos que quieran conocer en profundidad cómo funciona un motor de hidrógeno, pueden pinchar sobre el enlace y leer el minucioso tutorial que hice al respecto, con vídeos incluidos. Además, el nuevo Toyota Mirai tendrá un conjunto de impulsión completamente renovado.

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Como vehículo de pila de combustible, el Mirai funciona gracias a la combinación de hidrógeno y oxígeno en su grupo de pila de combustible (FC Stack), donde se genera la electricidad que mueve el motor eléctrico e impulsa el vehículo. Su autonomía es similar a la de los vehículos de gasolina y el tiempo de repostaje es únicamente de entre 3 y 5 minutos.

El Toyota Mirai actual monta un motor eléctrico de 113 kW (154 CV), que da un par máximo de 355 Nm. La berlina de pila de combustible de Toyota ofrece unas buenas prestaciones, con una velocidad máxima de 178 km/h, una capacidad de aceleración de 0 a 100 km/h en 9,6 segundos y una recuperación de 80 a 120 km/h en 6,6 segundos.

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Uno de los aspectos más interesantes es que el sistema emplea componentes desarrollados internamente por Toyota, como el Toyota FC Stack, el convertidor de voltaje FC y los depósitos de hidrógeno a alta presión.

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En la pila de Toyota, la eficiencia de generación eléctrica ha mejorado gracias al uso de canales de flujo de malla fina 3D, una innovación a escala mundial, que aseguran la generación uniforme de electricidad en la superficie de las celdas, lo que da lugar a un tamaño compacto y un alto rendimiento, así como una densidad energética de primera clase (3,1 kW/L).

La cantidad de agua en las membranas de electrolito de la pila de combustible afecta de forma importante a la eficiencia de la generación eléctrica. El control de la cantidad de agua se lleva a cabo mediante un sistema de circulación interna que hace circular el agua creada al generar electricidad, por lo que no se requiere el uso de un humidificador.

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El convertidor de voltaje FC presume de una alta eficiencia y gran capacidad, a fin de aumentar la potencia generada por el sistema Toyota FC Stack hasta los 650 voltios. El mayor voltaje ha permitido reducir las dimensiones del motor eléctrico y el número de celdas del Toyota FC Stack, lo que da lugar a un sistema de pila de combustible pequeño y de gran rendimiento.

Respecto a los depósitos de hidrógeno a alta presión, se emplean depósitos con estructura de tres capas hechas de plástico reforzado con fibra de carbono y otros materiales para almacenar hidrógeno a una presión muy elevada: 70 MPa -70 megapascales, es decir, unos 700 bares-. Quizás este es el punto más controvertido de los modelos de hidrógeno.

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Muchos usuarios dudan de la seguridad de los depósitos ante un impacto, pero debéis saber que el Toyota Mirai ha sido diseñado pensando ante todo en la seguridad, partiendo de la premisa básica de asegurar que no haya pérdidas de hidrógeno, y en el improbable caso de que se produzcan, garantizar la detección y detención inmediata de las mismas.

Para ello se lleva a cabo un desarrollo de depósitos de hidrógeno a alta presión con una excelente prevención de la filtración de hidrógeno, resistencia y durabilidad. Se instalan sensores de hidrógeno que emiten alertas y pueden cerrar las válvulas principales de seguridad de los depósitos.

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El bastidor del Toyota FC Stack está hecho de un nuevo plástico reforzado con fibra de carbono termoplástica, que es ligero, resistente y fácil de producir en serie. Esta estructura protege el Toyota FC Stack absorbiendo los impactos de baches en la carretera u otras interferencias de la vía.

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Los depósitos de hidrógeno y otros componentes relacionados con el hidrógeno están ubicados fuera del habitáculo, de forma que si hay pérdidas de hidrógeno, este se disipe fácilmente. Adicionalmente, se hace uso de características tales como una estructura que dispersa y absorbe con eficiencia la energía en caso de impacto entre varios componentes.

Datos técnicos

FC stack Nombre Toyota FC Stack
Tipo Polymer electrolyte fuel cell
Densidad energética por volumen 3,1 kW/L
Potencia máxima 114 kW (155 CV DIN)
Sistema de humidificación Circulación interna (sin humidificador)
Depósitos de hidrógeno a alta presión Número de depósitos 2
Presión de trabajo nominal 70 MPa (aprox. 700 bares)
Densidad de almacenamiento del depósito 5,7 % del peso
Volumen interno del depósito 122,4 litros (depósito delantero: 60 litros; depósito trasero: 62,4 litros)
Motor eléctrico Tipo Generador eléctrico síncrono de CA
Potencia máxima 113 kW (154 CV DIN)
Par máximo 335 Nm
Batería Tipo Hidruro de níquel

Así es la conducción del Toyota Mirai

Una de las cosas que más te gustarán al volante del Toyota Mirai es que se conduce como un coche eléctrico, con casi pleno silencio al rodar. No hay complicaciones a la hora de arrancarlo ni de seleccionar la posición correcta de la palanca de cambios, todo es exactamente igual, contando incluso con un indicador del flujo de energía en el cuadro de instrumentos.

Además, el Mirai tiene una buena insonorización gracias al vidrio laminado de los cristales, lo cual contribuye notablemente al confort en el habitáculo. Únicamente en aceleraciones fuertes y circulando completamente en silencio podemos escuchar un poco de ruido procedente del conjunto propulsor, pero en términos generales es insignificante.

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La respuesta al acelerador siempre es inmediata y mantiene velocidades elevadas en autopista sin «despeinarse». A nivel dinámico, es similar al del resto de modelos de Toyota, con una suspensión muy cómoda y una dirección que, para mi gusto, peca de exceso de asistencia y no resulta apenas informativa a la hora de conducir con cierta agilidad en tramos de curvas.

El Mirai es como un híbrido: la batería aporta energía a las ruedas en aceleraciones pequeñas y la pila de combustible interviene a continuación para moverlo y para recargar la batería. Las transiciones entre elementos del sistema son totalmente imperceptibles.

En cualquier caso, hablamos de una gran berlina enfocada a la comodidad y, en este aspecto, cumple con nota. Únicamente he encontrado ruidos a los que no estamos acostumbrados cuando dejamos el motor arrancado en parado durante un rato. Al ponerse a trabajar, el sistema emite un ruido que, sin ser molesto, parece literalmente el de un electrodoméstico.

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Me ha gustado también el tacto del pedal de freno, que no requiere un período de adaptación como sí ocurre en algunos vehículos híbridos y eléctricos a causa de la frenada regenerativa. Por el contrario, mejoraría que el coche no indique con sonido cuándo hemos arrancado o el freno de mano de pedal, al que no estamos acostumbrados en Europa.

En cuanto a los consumos, el Mirai ronda los 1,2 kg/100 kilómetros circulando por autopista, aunque siempre dependerá de las circunstancias y de lo que nos pese el pie derecho. Como he comentado anteriormente, la autonomía real supera ligeramente los 300 kilómetros. Lo bueno es que repostar es bastante sencillo, como un coche de GLP/GNC.

Grandes ventajas avalan el hidrógeno

Si bien hemos hablado de algunas de las ventajas que ofrecen los coches de hidrógeno a lo largo del texto, quiero aglutinar todo lo positivo de este tipo de vehículos en este punto para que quede más localizable de un simple vistazo. La primera de ellas es la ausencia de emisiones contaminantes, ya que los coches de hidrógeno solo liberan vapor de agua.

Gracias a ello, te moverás de manera limpia, como en un vehículo eléctrico, y por supuesto te beneficiarás del distintivo ambiental CERO de la DGT, así como de las exenciones fiscales de las que gozan este tipo de coches cero emisiones. De los vehículos eléctricos también heredan la respuesta inmediata al acelerador y el silencio al rodar.

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También de los coches eléctricos heredan su sencillo mantenimiento. Por suerte, en lo que no se parecen a los coches eléctricos es en los tiempos de recarga, ya que un coche de hidrógeno puede repostarse en un período de entre 3 y 5 minutos. Aunque la autonomía no sea elevada (es en cualquier caso mayor que la de muchos eléctricos), parar a repostar no conlleva largas esperas.

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Por último y, también frente a los coches eléctricos, los vehículos de hidrógeno son capaces de soportar mejor las temperaturas extremas, sin que la autonomía y las prestaciones del coche se resientan en exceso. En mi humilde opinión, una vez se solucionen los inconvenientes que ahora veremos, los coches de hidrógeno son realmente el futuro.

Tampoco es oro todo lo que reluce

Si bien los coches de hidrógeno tienen muchas ventajas, también tienen otros tantos inconvenientes, y no hablamos solo de un precio mayor, una menor capacidad de maletero o un mayor tamaño del vehículo por la complejidad técnica del sistema; también hay tres problemas en la utilización del hidrógeno:

  • Al disociar el hidrógeno del oxígeno en el agua consumimos más energía de la que produce el propio hidrógeno al quemarse.
  • No se puede almacenar licuado porque requiere de unas temperaturas muy bajas o muchísima presión, ocupando un volumen excesivo en estado gaseoso.
  • Es altamente inflamable, por lo que precisa de costosos sistemas de seguridad e incorporarlo en un vehículo no termina de ser del todo viable. Además, los tanques de hidrógeno que deben soportar una presión muy alta.

Junto a estos inconvenientes, debes saber que el precio de compra de un vehículo de hidrógeno es superior incluso al de un eléctrico (aunque depende del fabricante y de cada modelo). También es importante tener en cuenta que por ahora hay muy pocas hidrogeneras para repostar (apenas siete en España y no públicas).

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Hyundai estima que la pila de combustible  reduce la potencia un 15% después de unos 225.000 kilómetros de uso.

Si hidrogeneras hay pocas, modelos disponibles movidos por hidrógeno hay menos, limitándonos al Toyota Mirai y al Hyundai Nexo. Para rematar, la vida útil del vehículo es más limitada por razones de seguridad, ya que los tanques de hidrógeno tienen un limite fijado en 15 años.

¿Cuál es el futuro del hidrógeno?

El Consejo del Hidrógeno y la consultora McKinsey llevaron a cabo en 2017 un estudio bautizado como «Hydrogen, Scaling up» que señala que este elemento seráuno de los pilares clave de la transición energética. Podéis leerlo al completo (en inglés) en el enlace.

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En él se habla de que el hidrógeno podría llegar a suponer una quinta parte de toda la energía consumida para el año 2050, contando con suficiente potencial para crear más de 30 millones de puestos de trabajo y desarrollar actividades empresariales por una suma nada despreciable de 2,5 billones de dólares hasta dicha fecha.

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El Consejo del Hidrógeno se creó hace relativamente poco entre trece multinacionales que invertirán 1.400 millones en el desarrollo de este combustible.

En términos de demanda, este tiene suficiente potencial como para alimentar entre 10 y 15 millones de turismos y 500.000 camiones para 2030, junto a muchos otros usos en diversos sectores. Asimismo, el estudio es toda una declaración de intenciones en la que podemos ver una hoja de ruta que analiza exhaustivamente y de forma cuantificada cómo sería el despliegue del hidrógeno en los próximos años.

Según las cifras reflejadas en el estudio y, también de cara al año 2050, se podrían llegar a reducir las emisiones anuales de COen hasta seis gigatoneladas respecto a los niveles actuales, lo que supone una contribución de en torno al 20% en la limitación del aumento del calentamiento global en dos grados Celsius.

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Entre las empresas comprometidas con la iniciativa actualmente encontramos a Air Liquide, Alstom, Anglo American, BMW Group, Daimler, Engie, Honda, Hyundai, Kawasaki, Royal Dutch Shell, The Linde Group, Total y Toyota.

Lógicamente, para alcanzar estos objetivos es necesaria una importante coordinación e incentivación a largo plazo, así como una fuerte inversión que, en cifras, podría variar entre los 20.000 y los 25.000 millones de dólares anuales hasta 2030.

En cualquier caso, si tenemos en cuenta que actualmente las inversiones en energía ascienden a  más de 1,7 billones de dólares al año  entre gas y petróleo, automoción y electricidad renovable, parece ser que la propuesta del informe podría resultar viable. Os invito a que le echéis un vistazo detenidamente al texto…

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