Vehículo de pila de combustible

2021 Toyota Mirai

2018 Hyundai Nexo

Foton BJ6123FCEVCH-1 en operación

Un vehículo de pila de combustible (FCV) o un vehículo eléctrico de pila de combustible (FCEV) es un vehículo eléctrico. que utiliza una pila de combustible, a veces en combinación con una pequeña batería o supercondensador, para alimentar su motor eléctrico a bordo. Las pilas de combustible de los vehículos generan electricidad generalmente utilizando oxígeno del aire e hidrógeno comprimido. La mayoría de los vehículos de pila de combustible están clasificados como vehículos de cero emisiones que solo emiten agua y calor. En comparación con los vehículos de combustión interna, los vehículos de hidrógeno centralizan los contaminantes en el lugar de producción de hidrógeno, donde el hidrógeno normalmente se deriva del gas natural reformado. El transporte y almacenamiento de hidrógeno también puede generar contaminantes. Las pilas de combustible se han utilizado en diversos tipos de vehículos, incluidos montacargas, especialmente en aplicaciones interiores donde sus emisiones limpias son importantes para la calidad del aire, y en aplicaciones espaciales. Las pilas de combustible se están desarrollando y probando en camiones, autobuses, barcos, motos y bicicletas, entre otro tipo de vehículos.

El primer vehículo de carretera propulsado por una pila de combustible fue el Chevrolet Electrovan, presentado por General Motors en 1966. El Toyota FCHV y el Honda FCX, que comenzaron a alquilarse el 2 de diciembre de 2002, se convirtieron en los primeros vehículos gubernamentales del mundo. vehículos comerciales certificados de pila de combustible, y el Honda FCX Clarity, que comenzó a alquilarse en 2008, fue el primer vehículo de pila de combustible del mundo diseñado para la producción en masa en lugar de adaptar un modelo existente. En 2013, Hyundai Motors comenzó la producción del Hyundai ix35 FCEV, considerado el primer vehículo eléctrico de pila de combustible producido en masa, que posteriormente se introdujo en el mercado como vehículo de arrendamiento exclusivo. En 2014, Toyota comenzó a vender el Toyota Mirai, el primer vehículo de pila de combustible exclusivo del mundo.

Hasta diciembre de 2020, se habían vendido 31.225 FCEV de pasajeros propulsados por hidrógeno en todo el mundo. En 2021, solo había dos modelos de automóviles de pila de combustible disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai (2014-presente) y el Hyundai Nexo (2018-presente). El Honda Clarity se produjo de 2016 a 2021, cuando se descontinuó. En 2020, la infraestructura de hidrógeno era limitada, con menos de cincuenta estaciones de servicio de hidrógeno para automóviles disponibles públicamente en los EE. UU. Los críticos dudan de que el hidrógeno sea eficiente o rentable para los automóviles, en comparación con otras tecnologías de cero emisiones, y en 2019, The Motley Fool opinó: "Lo que es difícil de discutir es que el sueño de las pilas de combustible de hidrógeno está prácticamente muerto para el mercado de vehículos de pasajeros".

Descripción y finalidad de las pilas de combustible en vehículos

Todas las pilas de combustible se componen de tres partes: un electrolito, un ánodo y un cátodo. En principio, una pila de combustible de hidrógeno funciona como una batería, produciendo electricidad que puede hacer funcionar un motor eléctrico. Sin embargo, en lugar de tener que recargarla, la pila de combustible se puede rellenar con hidrógeno. Los diferentes tipos de pilas de combustible incluyen pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM), pilas de combustible de metanol directo, pilas de combustible de ácido fosfórico, pilas de combustible de carbonato fundido, pilas de combustible de óxido sólido, pilas de combustible de metanol reformadas y pilas de combustible regenerativas.

Historia

El concepto de pila de combustible fue demostrado por primera vez por Humphry Davy en 1801, pero la invención de la primera pila de combustible en funcionamiento se atribuye a William Grove, químico, abogado y físico. Los experimentos de Grove con lo que llamó una "batería voltaica de gas" En 1842 demostró que se podía producir una corriente eléctrica mediante una reacción electroquímica entre hidrógeno y oxígeno sobre un catalizador de platino. El ingeniero inglés Francis Thomas Bacon amplió el trabajo de Grove, creando y demostrando varias pilas de combustible alcalinas entre 1939 y 1959.

El primer vehículo moderno de pila de combustible fue un tractor agrícola Allis-Chalmers modificado, equipado con una pila de combustible de 15 kilovatios, alrededor de 1959. La carrera espacial de la Guerra Fría impulsó un mayor desarrollo de la tecnología de pilas de combustible. El Proyecto Gemini probó pilas de combustible para proporcionar energía eléctrica durante misiones espaciales tripuladas. El desarrollo de pilas de combustible continuó con el Programa Apollo. Los sistemas de energía eléctrica de las cápsulas Apolo y los módulos lunares utilizaban pilas de combustible alcalinas. En 1966, General Motors desarrolló el primer vehículo de carretera con pila de combustible, el Chevrolet Electrovan. Tenía una pila de combustible PEM, una autonomía de 120 millas y una velocidad máxima de 70 mph. Sólo había dos asientos, ya que la pila de combustible y los grandes tanques de hidrógeno y oxígeno ocupaban la parte trasera de la furgoneta. Sólo se construyó uno, ya que el coste del proyecto se consideró prohibitivo.

General Electric y otros continuaron trabajando en pilas de combustible PEM en la década de 1970. Las pilas de pilas de combustible todavía estaban limitadas principalmente a aplicaciones espaciales en la década de 1980, incluido el transbordador espacial. Sin embargo, el cierre del Programa Apollo envió a muchos expertos de la industria a empresas privadas. En la década de 1990, los fabricantes de automóviles se interesaron por las aplicaciones de las pilas de combustible y se prepararon vehículos de demostración. En 2001, se demostraron los primeros tanques de hidrógeno de 700 bar (10000 PSI), lo que redujo el tamaño de los tanques de combustible que podían usarse en los vehículos y amplió el alcance.

Aplicaciones

Existen vehículos de pila de combustible para todos los modos de transporte. Los vehículos de pila de combustible más frecuentes son los coches, autobuses, carretillas elevadoras y vehículos de manipulación de materiales.

Automóviles

Honda estableció la primera red de distribuidores de vehículos de pila de combustible del mundo en 2008, y en ese momento era la única empresa capaz de alquilar vehículos de pila de combustible de hidrógeno a clientes privados. El Honda FCX Clarity se presentó en 2008 para arrendamiento por parte de clientes en Japón y el sur de California y se suspendió en 2015. De 2008 a 2014, Honda arrendó un total de 45 unidades FCX en EE. UU. En ese período se lanzaron más de 20 prototipos y autos de demostración de FCEV, incluidos el GM HydroGen4 y el Mercedes-Benz F-Cell.

El vehículo Hyundai ix35 FCEV Fuel Cell estuvo disponible para arrendamiento de 2014 a 2018, cuando se arrendaron 54 unidades. En 2018, Hyundai presentó el Nexo.

Las ventas del Toyota Mirai a clientes comenzaron en Japón en diciembre de 2014. Se esperaba que la mayoría de los clientes iniciales fueran gobiernos y corporaciones, no individuos. El precio comenzó en ¥6.700.000 (~US$57.400) antes de impuestos y un incentivo gubernamental de ¥2.000.000 (~EE.UU. $19,600). El ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que Toyota inicialmente perdería alrededor de 100.000 dólares por cada Mirai vendido. En diciembre de 2017, las ventas globales ascendieron a 5.300 Mirais. Los mercados con mayores ventas fueron Estados Unidos con 2.900 unidades, Japón con 2.100 y Europa con 200.

En 2015, Toyota anunció que ofrecería a sus competidores las 5.680 patentes relacionadas con vehículos de pila de combustible de hidrógeno y la tecnología de estaciones de carga de pila de combustible de hidrógeno, que ha estado investigando durante más de 20 años, de forma gratuita para estimular la mercado de vehículos propulsados por hidrógeno.

El Honda Clarity Fuel Cell se produjo entre 2016 y 2021. El Clarity 2017 tuvo las calificaciones más altas de economía de combustible combinada y en ciudad entre todos los autos con celda de combustible de hidrógeno calificados por la EPA ese año, con una calificación combinada en ciudad/carretera de 67 millas. por galón de gasolina equivalente (MPGe) y 68 MPGe en conducción urbana. En 2019, Katsushi Inoue, presidente de Honda Europa, declaró: “Ahora nos centramos en los vehículos híbridos y eléctricos. Quizás lleguen los autos con celdas de combustible de hidrógeno, pero esa es una tecnología para la próxima era”.

En 2017, Daimler abandonó gradualmente el desarrollo de FCEV, citando la disminución de los costos de las baterías y el aumento de la gama de vehículos eléctricos, y la mayoría de las empresas automotrices que desarrollaban automóviles de hidrógeno habían cambiado su enfoque hacia los vehículos eléctricos de batería. En 2020, sólo tres fabricantes de automóviles seguían fabricando o tenían programas activos de fabricación de coches de hidrógeno.

Ahorro de combustible

La siguiente tabla compara la economía de combustible de la EPA expresada en millas por galón equivalente de gasolina (MPGe) para los dos modelos de vehículos con celda de combustible de hidrógeno clasificados por la EPA a septiembre de 2021 y disponibles en California.

Células de combustible alimentadas por un reformador de etanol

En junio de 2016, Nissan anunció planes para desarrollar vehículos de células de combustible alimentados por etanol en lugar de hidrógeno. Nissan afirma que este enfoque técnico sería más barato, y que sería más fácil desplegar la infraestructura de combustible que una infraestructura de hidrógeno. El vehículo incluiría un tanque con una mezcla de agua y etanol, que se invierte en un reformador a bordo que lo divide en hidrógeno y dióxido de carbono. El hidrógeno se alimenta luego en una célula de combustible de óxido sólido. Según Nissan, el combustible líquido podría ser una mezcla de etanol-agua a una relación de 55:45.

Autobuses

En 2020, se utilizaban 5.648 autobuses de pila de combustible de hidrógeno en todo el mundo, el 93,7 % de ellos en China.

Desde finales de la década de 1980, la preocupación por las emisiones de diésel de los autobuses llevó a experimentar con pilas de combustible para alimentarlos. Después de experimentos iniciales con pilas de combustible de ácido fosfórico, a finales de los años 1990 se probaron en las ciudades autobuses con pilas de combustible propulsados por hidrógeno. En la década de 2000, los autobuses entraron en servicio de prueba en ciudades de todo el mundo; La Unión Europea apoyó el proyecto de investigación Transporte urbano limpio para Europa.

Para la década de 2010, la introducción comercial de autobuses de pila de hidrógeno estaba en marcha alrededor del mundo. Sin embargo, muchos operadores de tránsito compraban autobuses eléctricos de batería, ya que éstos eran más baratos para operar y comprar. Sin embargo, los autobuses eléctricos de batería carecían de rango en comparación con los autobuses diesel, toman tiempo para cargar (a menudo durante la noche, en comparación con los autobuses de pila de hidrógeno, que se pueden rellenar rápidamente) y han reducido el almacenamiento de energía en clima frío. Algunas empresas han propuesto utilizar la célula de combustible como extensor de rango, combinando con una batería más grande o un supercapacitor.

Históricamente, los autobuses con pila de combustible de hidrógeno han sido significativamente más caros de comprar y operar que los autobuses diésel, híbridos o eléctricos. En los últimos años, los costes se han reducido a niveles comparables a los de los autobuses diésel.

En la actualidad, diversos fabricantes de autobuses están produciendo autobuses con pila de combustible de hidrógeno. Los fabricantes de autobuses suelen trabajar con un proveedor de pilas de combustible de hidrógeno para impulsar el autobús, como Ballard Power Systems o Toyota.

Carretillas elevadoras

Una carretilla elevadora de pila de combustible (también llamada carretilla elevadora de pila de combustible o carretilla elevadora de pila de combustible) es una carretilla elevadora industrial propulsada por pila de combustible que se utiliza para levantar y transportar materiales. La mayoría de las pilas de combustible utilizadas en las carretillas elevadoras funcionan con pilas de combustible PEM.

En 2013, se utilizaron más de 4.000 carretillas elevadoras de células de combustible en la manipulación de materiales en los Estados Unidos, de las cuales 500 recibieron financiación del DOE (2012). A partir de 2024, aproximadamente 50.000 elevadores de horquilla de hidrógeno están en funcionamiento en todo el mundo (el grueso de los cuales están en los EE.UU.), en comparación con 1.2 millones de montacargas eléctricas de batería que se compraron en 2021.

Las carretillas elevadoras propulsadas por pilas de combustible PEM ofrecen ventajas significativas sobre las carretillas elevadoras propulsadas por petróleo, ya que no producen emisiones locales. Las carretillas elevadoras de pila de combustible pueden trabajar durante un turno completo de 8 horas con un solo tanque de hidrógeno, pueden repostarse en 3 minutos y tienen una vida útil de 8 a 10 años. Las carretillas elevadoras propulsadas por pilas de combustible se utilizan a menudo en almacenes frigoríficos, ya que su rendimiento no se ve degradado por las temperaturas más bajas. En cuanto al diseño, las unidades FC a menudo se fabrican como reemplazos directos.

Motocicletas y bicicletas

En 2005, la empresa británica Intelligent Energy produjo la primera motocicleta funcional impulsada por hidrógeno llamada ENV (Emission Neutral Vehicle). Tiene suficiente combustible para funcionar durante cuatro horas y recorrer 160 km (100 millas) en una zona urbana, a una velocidad máxima de 80 km/h (50 mph). Hay otros ejemplos de bicicletas y bicicletas con motor de pila de combustible de hidrógeno. El Suzuki Burgman recibió el reconocimiento de "tipo de vehículo completo" aprobación en la UE. La PHB era una bicicleta de hidrógeno con motor eléctrico. Debutó en Shanghai en 2008, pero se suspendió debido a la falta de servicios de combustible de hidrógeno. Su predecesora fue una bicicleta de hidrógeno llamada Palcan, con sede en Vancouver, Canadá.

Aviones

Investigadores de Boeing y socios industriales de toda Europa realizaron pruebas de vuelo experimentales en febrero de 2008 de un avión tripulado propulsado únicamente por una pila de combustible y baterías ligeras. El avión demostrador de pila de combustible, como se le llamó, utilizaba un sistema híbrido de pila de combustible y batería de iones de litio de membrana de intercambio de protones (PEM) para alimentar un motor eléctrico, que estaba acoplado a una hélice convencional. En 2003, voló el primer avión del mundo propulsado íntegramente por una pila de combustible. La pila de combustible tenía un diseño único de pila FlatStack que permitía integrar la pila de combustible con las superficies aerodinámicas del avión.

Ha habido varios vehículos aéreos no tripulados (UAV) propulsados por pilas de combustible. Un UAV de celda de combustible Horizon estableció la distancia récord recorrida por un UAV pequeño en 2007. El ejército está especialmente interesado en esta aplicación debido al bajo nivel de ruido, la baja firma térmica y la capacidad de alcanzar gran altitud. En 2009, el Ion Tiger del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) utilizó una pila de combustible alimentada por hidrógeno y voló durante 23 horas y 17 minutos. Boeing está completando pruebas en el Phantom Eye, un avión de gran altitud y larga resistencia (HALE) que se utilizará para realizar vuelos de investigación y vigilancia a 20.000 m (65.000 pies) durante hasta cuatro días seguidos. Las pilas de combustible también se están utilizando para proporcionar energía auxiliar a los aviones, sustituyendo a los generadores de combustibles fósiles que se utilizaban anteriormente para arrancar los motores y satisfacer las necesidades eléctricas a bordo. Las pilas de combustible pueden ayudar a los aviones a reducir las emisiones de CO₂ y otros contaminantes y el ruido.

Barcos

El primer barco de pila de combustible HYDRA del mundo utilizó un sistema AFC con una potencia neta de 6,5 kW. Por cada litro de combustible consumido, un motor fueraborda medio produce 140 veces menos hidrocarburos que un coche moderno medio. Los motores de pila de combustible tienen una mayor eficiencia energética que los motores de combustión y, por lo tanto, ofrecen una mejor autonomía y emisiones significativamente reducidas. Ámsterdam presentó en 2011 su primer barco propulsado por pila de combustible que transporta personas por los canales de la ciudad.

Submarinos

La primera aplicación sumergible de pilas de combustible es el submarino alemán Tipo 212. Cada Tipo 212 contiene nueve pilas de combustible PEM, repartidas por todo el barco, que proporcionan entre 30 kW y 50 kW cada una de energía eléctrica. Esto permite que el Tipo 212 permanezca sumergido por más tiempo y los hace más difíciles de detectar. Los submarinos propulsados por pilas de combustible también son más fáciles de diseñar, fabricar y mantener que los submarinos de propulsión nuclear.

Trenes

En marzo de 2015, China South Rail Corporation (CSR) demostró el primer tranvía del mundo propulsado por pila de combustible de hidrógeno en una instalación de montaje en Qingdao. Se construyeron 133 kilómetros de vías para el nuevo vehículo en siete ciudades chinas. China tenía planes de gastar 200.000 millones de yuanes (32.000 millones de dólares) durante los próximos cinco años para aumentar las vías del tranvía a más de 1.200 millas.

En 2016, Alstom presentó el Coradia iLint, un tren regional propulsado por pilas de combustible de hidrógeno. Fue diseñado para alcanzar 140 kilómetros por hora (87 mph) y viajar de 600 a 800 kilómetros (370 a 500 millas) con un tanque lleno de hidrógeno. El tren entró en servicio en Alemania en 2018 y se espera que se pruebe en los Países Bajos a partir de 2019.

Fabricante suizo Stadler Rail firmó un contrato en California para suministrar un tren de pila de hidrógeno en los EE.UU., el tren FLIRT H2, en 2024 como parte del servicio ferroviario de conmutación Arrow.

Camión

Para aplicaciones de transporte como camiones de larga distancia, las células de combustible son una posible solución para el transporte de emisiones cero. Estudio 2022 en Energias La revista cita tiempos de reabastecimiento relativamente rápidos en comparación con los tiempos de carga de camiones eléctricos y las limitaciones actuales de la densidad energética de las baterías, pero señalan que "las restricciones de operación" incluyen la "alta cantidad de emisiones de CO2 [causadas por] producción de hidrógeno", la falta de infraestructura de almacenamiento y reabastecimiento, fugas H2 y desafíos de seguridad, eficiencia "pérdida en compresión, almacenamiento y dispensación".

En 2020, Hyundai comenzó a fabricar camiones de carga de 34 toneladas alimentados con hidrógeno bajo el nombre del modelo XCIENT, haciendo un envío inicial de 10 de los vehículos a Suiza. Pueden viajar 400 kilómetros (250 millas) en un tanque lleno y tomar de 8 a 20 minutos para llenar.

En 2022, Total Transportation Services (TTSI), Toyota Logistics Services (TLS), UPS y Southern Counties Express (SCE) están operando un proyecto de 12 meses "Shore-to-Store (S2S)" que ejecuta camiones de pila de hidrógeno en viajes desde puertos del área de Los Ángeles. El prototipo de hidrógeno Kenworth T680 utilizado en Los Ángeles y Long Beach fue revelado en 2018 y también ha sido probado en la zona de Seattle.

Infraestructura de hidrógeno

Eberle y Rittmar von Helmolt declararon en 2010 que los desafíos permanecen antes de que los coches de pila de combustible puedan ser competitivos con otras tecnologías y citar la falta de una extensa infraestructura de hidrógeno en los EE.UU.: En julio de 2020 había 43 estaciones de carga de hidrógeno accesibles públicamente en Estados Unidos, 41 de las cuales estaban ubicadas en California. En 2013, el gobernador Jerry Brown firmó AB 8, un proyecto de ley para financiar 20 millones de dólares al año durante 10 años para construir hasta 100 estaciones. En 2014, la Comisión de Energía de California financió $46.6 millones para construir 28 estaciones.

Japón obtuvo su primera estación de servicio de hidrógeno comercial en 2014. En marzo de 2016, Japón tenía 80 estaciones de servicio de hidrógeno, y el gobierno japonés pretende duplicar este número a 160 para 2020. En mayo de 2017, había 91 estaciones de servicio de hidrógeno en Japón. Alemania tenía 18 estaciones públicas de abastecimiento de hidrógeno en julio de 2015. El gobierno alemán esperaba aumentar este número a 50 para finales de 2016, pero solo 30 estaban abiertas en junio de 2017.

Códigos y estándares

Según las regulaciones técnicas globales de las Naciones Unidas para vehículos de ruedas, específicamente con respecto al uso de hidrógeno, existen estándares internacionales que definen aspectos de ingeniería e integridad general, rendimiento, seguridad, ciclo de vida de las piezas y varias otras categorías. Un área notable de estas regulaciones es la relativa a los sistemas de almacenamiento de hidrógeno comprimido que normalmente alcanzan el final de su vida útil calificada con 15 años o menos de uso.

Programas de EE. UU.

En 2003, el presidente estadounidense George Bush propuso la Iniciativa de Combustible de Hidrógeno (HFI). El HFI tenía como objetivo seguir desarrollando tecnologías de infraestructura y pilas de combustible de hidrógeno para acelerar la introducción comercial de vehículos de pila de combustible. Hasta 2008, Estados Unidos había aportado 1.000 millones de dólares a este proyecto. En 2009, Steven Chu, entonces Secretario de Energía de Estados Unidos, afirmó que los vehículos de hidrógeno "no serán prácticos en los próximos 10 a 20 años". Sin embargo, en 2012, Chu afirmó que consideraba que los coches de pila de combustible eran más viables económicamente ya que los precios del gas natural habían caído y las tecnologías de reformado del hidrógeno habían mejorado. En junio de 2013, la Comisión de Energía de California concedió 18,7 millones de dólares para estaciones de servicio de hidrógeno. En 2013, el Gobernador Brown firmó el AB 8, un proyecto de ley para financiar $20 millones al año durante 10 años para hasta 100 estaciones. En 2013, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció la inversión de hasta 4 millones de dólares previstos para el "desarrollo continuo de sistemas avanzados de almacenamiento de hidrógeno". El 13 de mayo de 2013, el Departamento de Energía lanzó H2USA, que se centra en el avance de la infraestructura de hidrógeno en Estados Unidos.

Costo

Para 2010, los avances en la tecnología de pilas de combustible habían reducido el tamaño, el peso y el coste de los vehículos eléctricos de pila de combustible. En 2010, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) estimó que el costo de las pilas de combustible para automóviles había caído un 80% desde 2002 y que dichas pilas de combustible podrían potencialmente fabricarse a 51 dólares/kW, suponiendo un ahorro de costes de fabricación en gran volumen. Se han producido vehículos eléctricos de pila de combustible con "una autonomía de conducción de más de 400 kilómetros entre repostajes". Se pueden repostar en menos de 5 minutos. Los autobuses de pila de combustible desplegados tienen una economía de combustible un 40% mayor que los autobuses diésel. El Programa de Tecnologías de Pilas de Combustible de EERE afirma que, a partir de 2011, las pilas de combustible lograron una eficiencia del 42 al 53% en vehículos eléctricos de pila de combustible a máxima potencia y una durabilidad de más de 75.000 millas con menos del 10% de degradación del voltaje, el doble que eso. logrado en 2006. En 2012, Lux Research, Inc. publicó un informe que concluía que "el costo de capital... limitará la adopción a tan solo 5,9 GW" para 2030, lo que proporcionará "una barrera casi insuperable para la adopción, excepto en aplicaciones específicas". El análisis de Lux concluyó que para 2030, las aplicaciones de pilas de combustible estacionarias PEM alcanzarán los mil millones de dólares, mientras que el mercado de vehículos, incluidas las carretillas elevadoras de pilas de combustible, alcanzará un total de 2 mil millones de dólares.

En septiembre de 2023, el hidrógeno costaba 36 dólares por kilogramo en las estaciones de carga públicas de California, 14 veces más por milla para un Mirai que para un Tesla Model 3. El precio medio en Alemania en 2023 es de 12,5 euros por kg.

Impacto ambiental

El impacto medioambiental de los vehículos de pila de combustible depende de la energía primaria con la que se produjo el hidrógeno. Los vehículos de pila de combustible sólo son respetuosos con el medio ambiente cuando el hidrógeno se produce con energía renovable. Si este es el caso, los coches de pila de combustible pueden ser más limpios y más eficientes que los de combustibles fósiles. Sin embargo, no son tan eficientes como los vehículos eléctricos de batería que consumen mucha menos energía. Normalmente, un coche de pila de combustible consume 2,4 veces más energía que un coche eléctrico de batería, porque la electrólisis y el almacenamiento de hidrógeno son mucho menos eficientes que utilizar electricidad para cargar directamente una batería. Además, un estudio de 2023 del Centro para la Investigación Internacional sobre el Clima y el Medio Ambiente (CICERO) estimó que el hidrógeno filtrado tiene un efecto de calentamiento global 11,6 veces más fuerte que el CO₂.

A partir de 2009, los vehículos de motor utilizaban la mayor parte del petróleo consumido en los EE. UU. y producían más del 60 % de las emisiones de monóxido de carbono y aproximadamente el 20 % de las emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos; sin embargo, la producción de hidrógeno para el hidrocraqueo se utiliza en la gasolina. La producción, principal de sus usos industriales, fue responsable de aproximadamente el 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero de toda la flota. Un vehículo alimentado con hidrógeno puro emite pocos contaminantes en el tubo de escape, produciendo principalmente agua y calor, aunque la producción de hidrógeno crearía contaminantes a menos que el hidrógeno utilizado en la pila de combustible se produjera utilizando únicamente energía renovable.

En 2006, Ulf Bossel afirmó que la gran cantidad de energía necesaria para aislar el hidrógeno de los compuestos naturales (agua, gas natural, biomasa), empaquetar el gas ligero por compresión o licuefacción, transferir el portador de energía al usuario, además de la La energía que se pierde cuando se convierte en electricidad útil con pilas de combustible deja alrededor del 25% para uso práctico." Richard Gilbert, coautor de Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil (2010), comenta de manera similar que la producción de gas hidrógeno termina utilizando parte de la energía que genera. Luego, la energía se absorbe convirtiendo el hidrógeno nuevamente en electricidad dentro de las celdas de combustible. "'Esto significa que sólo una cuarta parte de la energía inicialmente disponible llega al motor eléctrico'... Estas pérdidas en La conversión no se compara bien con, por ejemplo, la recarga de un vehículo eléctrico (EV) como el Nissan Leaf o el Chevy Volt desde un enchufe de pared. Un informe de 2010 del análisis del pozo a las ruedas de los vehículos con pila de combustible de hidrógeno del Laboratorio Nacional Argonne afirma que las vías renovables de H2 ofrecen beneficios mucho mayores en materia de gases de efecto invernadero. Este resultado ha sido confirmado recientemente. En 2010, una publicación del Departamento de Energía de EE. UU. sobre el pozo a las ruedas supuso que la eficiencia del único paso de comprimir el hidrógeno a 6250 psi (43,1 MPa) en la estación de servicio es del 94%. Un estudio de 2016 publicado en la edición de noviembre de la revista Energy realizado por científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad Técnica de Munich concluyó que, incluso suponiendo la producción local de hidrógeno, "invertir en vehículos con baterías totalmente eléctricas es una opción más económica para reducir las emisiones de dióxido de carbono, principalmente debido a su menor costo y su eficiencia energética significativamente mayor."

Críticas a los coches de pila de combustible

En 2008, el profesor Jeremy P. Meyers, en la revista de la Sociedad Electroquímica Interface, escribió que las pilas de combustible "no son tan eficientes como las baterías, debido principalmente a la ineficiencia de la reacción de reducción de oxígeno"..... [E]ls tienen más sentido para el funcionamiento desconectado de la red o cuando se puede suministrar combustible de forma continua. Para aplicaciones que requieren arranques frecuentes y relativamente rápidos... donde las cero emisiones son un requisito, como en espacios cerrados como almacenes." También en 2008, Wired News informó que "los expertos dicen que pasarán 40 años o más antes de que el hidrógeno tenga algún impacto significativo en el consumo de gasolina o el calentamiento global, y no podemos permitirnos el lujo de espera tanto tiempo. Mientras tanto, las pilas de combustible están desviando recursos de soluciones más inmediatas." En 2008, Robert Zubrin, autor de Energy Victory, dijo: "El hidrógeno es 'prácticamente el peor combustible posible para vehículos'". Si se pudiera producir hidrógeno utilizando energía renovable, "seguramente sería más fácil simplemente usar esta energía para cargar las baterías de vehículos totalmente eléctricos o híbridos enchufables". El Los Angeles Times escribió en 2009: "Se mire como se mire, el hidrógeno es una pésima forma de mover automóviles". El The Washington Post preguntó en noviembre de 2009: "¿Por qué querrías almacenar energía en forma de hidrógeno y luego utilizar ese hidrógeno para producir electricidad para un motor, cuando la energía eléctrica es necesaria?". ¿Ya estás esperando a ser desconectado de los enchufes de todo Estados Unidos y almacenado en baterías de automóviles...?"

The Motley Fool declaró en 2013 que "todavía existen obstáculos de costos prohibitivos [para los automóviles de hidrógeno] relacionados con el transporte, el almacenamiento y, lo más importante, la producción". Rudolf Krebs, de Volkswagen, dijo en 2013 que "no importa cuán excelentes sean los autos, las leyes de la física obstaculizan su eficiencia general". La forma más eficiente de convertir energía en movilidad es la electricidad." Explicó: "La movilidad del hidrógeno sólo tiene sentido si se utiliza energía verde", pero... primero es necesario convertirlo en hidrógeno "con baja eficiencia" donde "se pierde alrededor del 40 por ciento de la energía inicial". Luego hay que comprimir el hidrógeno y almacenarlo a alta presión en tanques, lo que consume más energía. "Y luego hay que convertir el hidrógeno nuevamente en electricidad en una celda de combustible con otra pérdida de eficiencia". Krebs continuó: "al final, del 100 por ciento original de energía eléctrica, terminas con entre el 30 y el 40 por ciento".

En 2014, Julian Cox, futurista de la energía y la automoción eléctrica, escribió que producir hidrógeno a partir de metano "consume significativamente más carbono por unidad de energía que el carbón". Confundir el hidrógeno fósil procedente de la fracturación hidráulica de esquisto con una vía energética ambientalmente sostenible amenaza con fomentar políticas energéticas que diluirán y potencialmente descarrilarán los esfuerzos globales para evitar el cambio climático debido al riesgo de desviar la inversión y el enfoque de tecnologías de vehículos que son económicamente compatibles. con energía renovable." En 2014, el ex funcionario del Departamento de Energía, Joseph Romm, concluyó que la energía renovable no se puede utilizar de manera económica para producir hidrógeno para una flota de FCV "ni ahora ni en el futuro". El analista de GreenTech Media llegó a conclusiones similares en 2014. En 2015, Clean Technica enumeró algunas de las desventajas de los vehículos con pila de combustible de hidrógeno.

Un análisis de 2017 publicado en Green Car Reports encontró que los mejores vehículos con pila de combustible de hidrógeno consumen "más de tres veces más electricidad por milla que un vehículo eléctrico... generan más gases de efecto invernadero". emisiones de gases que otras tecnologías de sistemas de propulsión... [y tienen] costos de combustible muy altos... Considerando todos los obstáculos y requisitos para la nueva infraestructura (que se estima costará hasta 400 mil millones de dólares), los vehículos de celdas de combustible probablemente serán una tecnología de nicho en el mejor de los casos, con poco impacto en el consumo de petróleo de Estados Unidos. En 2017, Michael Barnard, escribiendo en Forbes, enumeró las continuas desventajas de los automóviles con pila de combustible de hidrógeno y concluyó que “alrededor de 2008, estaba muy claro que el hidrógeno era y sería inferior a las baterías”. Tecnología como almacenamiento de energía para vehículos. [Para 2025, los últimos que se resisten probablemente deberían estar retirando sus sueños de pilas de combustible”. Un vídeo de 2019 de Real Engineering señaló que el uso de hidrógeno como combustible para automóviles no ayuda a reducir las emisiones de carbono del transporte. El 95% del hidrógeno que todavía se produce a partir de combustibles fósiles libera dióxido de carbono, y producir hidrógeno a partir de agua es un proceso que consume energía. Almacenar hidrógeno requiere más energía, ya sea para enfriarlo al estado líquido o para colocarlo en tanques a alta presión, y entregar hidrógeno a las estaciones de servicio requiere más energía y puede liberar más carbono. El hidrógeno necesario para mover un FCV por un kilómetro cuesta aproximadamente ocho veces más que la electricidad necesaria para mover un BEV la misma distancia. También en 2019, Katsushi Inoue, presidente de Honda Europa, declaró: “Ahora nos centramos en los vehículos híbridos y eléctricos. Quizás lleguen los autos con celdas de combustible de hidrógeno, pero esa es una tecnología para la próxima era”.

Las evaluaciones realizadas desde 2020 han concluido que los vehículos de hidrógeno siguen teniendo solo un 38 % de eficiencia, mientras que los vehículos eléctricos de batería tienen una eficiencia del 80 % al 95 %. Una evaluación de 2021 realizada por CleanTechnica concluyó que, si bien los automóviles de hidrógeno son mucho menos eficientes que los eléctricos, la gran mayoría del hidrógeno que se produce es hidrógeno gris contaminante, y su suministro requeriría la construcción de una nueva infraestructura vasta y costosa; las dos restantes, " Las ventajas de los vehículos de pila de combustible (mayor autonomía y tiempos de carga rápidos) se están viendo rápidamente erosionadas por la mejora de la tecnología de batería y carga." Un estudio de 2022 en Nature Electronics estuvo de acuerdo.

Innovación

Las solicitudes de patentes de pilas de combustible en el área de las pilas de combustible de hidrógeno aumentaron en la década de 1960, en parte debido al programa espacial de la NASA; Otro aumento en los años 80 fue impulsado por la investigación sobre automóviles. A esto le siguió un aumento en las solicitudes de solicitudes entre 2000 y 2005 por parte de inventores en Japón, Estados Unidos y Corea del Sur. Desde entonces, China ha dominado las solicitudes de patentes en este campo, con un número menor en Japón, Alemania, Corea del Sur y Estados Unidos. Entre 2016 y 2020, las solicitudes anuales, en particular para solicitudes de transporte, aumentaron otro 23%.

Casi el 80% de las patentes en el ámbito de las pilas de combustible para el transporte fueron presentadas por empresas automovilísticas. La academia está colaborando activamente con la industria. Aunque predominan las solicitudes relacionadas con vehículos de carretera, como automóviles y camiones, están aumentando las invenciones en otras áreas como el transporte marítimo, la aviación, el ferrocarril y otros vehículos especiales. Airbus, un importante fabricante de aviones, ha aumentado su actividad de patentamiento en el área desde 2019. El número de patentes de pilas de combustible para aplicaciones de transporte marítimo es comparable en tamaño al de la aviación y su crecimiento es igualmente lento.

Un informe de 2022 de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual sostiene que debido a que los vehículos pesados, como los vehículos de construcción, las carretillas elevadoras y los remolcadores de aeropuertos, requieren una carga útil mayor, la alta densidad energética del hidrógeno puede hacer que las pilas de combustible sean una solución más ventajosa que las aplicaciones de baterías..