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Camiones de hidrógeno o con baterías eléctricas, esa es la cuestión...

Si nos fijásemos en el sector vecino de los automóviles privados, todas las señales apuntan en la dirección de los vehículos eléctricos. Según un informe reciente de BloombergNEF, en 2021 se vendieron en todo el mundo alrededor de 5,6 millones de automóviles eléctricos. Eso supone casi el doble de la cifra de 2020 y, lo que es más importante, representa casi el 8% de todas las ventas de vehículos a nivel mundial. Los analistas de Bloomberg lo atribuyen a una selección más amplia de coches eléctricos, que ahora también están disponibles en el atractivo segmento de los SUV.

Para los vehículos comerciales la situación es distinta. Los vehículos 100 % eléctricos siguen siendo un problema para el transporte de larga distancia, ya que las baterías son demasiado pesadas y grandes como para impulsar de forma razonable un camión de 40 toneladas y su carga. Los vehículos con tecnología de hidrógeno parecen una opción más realista. Sin embargo, el hidrógeno debe producirse por electrólisis, lo que requiere una gran cantidad de energía y, por este motivo, las pilas de combustible de hidrógeno son considerablemente menos eficientes que las baterías.

¿Qué tecnología se impondrá a largo plazo?

El problema de los vehículos con batería eléctrica es... la batería. Los vehículos que funcionan con baterías son un problema medioambiental por las propias baterías. Antes de que el vehículo haya salido de la línea de montaje, la batería de un coche eléctrico ya ha emitido el equivalente de hasta nueve toneladas de dióxido de carbono. Por un lado, esto se debe a la propia producción y, por otro lado, al cobalto, grafito y litio que se utilizan.

La mayor parte del grafito para baterías proviene de China y tiene una huella de carbono significativa. La extracción de litio puede provocar contaminación del agua, emisiones químicas tóxicas y contaminación del aire. Y el cobalto también está en el punto de mira por las condiciones en las que se extrae en el Congo.

Litio

Si bien las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía alta y una vida útil larga, los métodos para reciclar el litio son ineficientes. Menos del 1% de estas se reciclan, en comparación con las baterías de plomo-ácido, que tienen una tasa de reciclaje de más del 99 % de efectividad. Se espera que la demanda de baterías de iones de litio aumente rápidamente debido a su eficiencia y al creciente mercado de vehículos que funcionan con baterías. Esto supone un gran desafío en sí mismo para el sector del reciclaje. En el futuro, los sectores de la industria que consuman grandes cantidades de litio necesitarán desarrollar procesos e infraestructura adecuados para reciclar el metal ligero.

Otro problema es la disponibilidad de litio. Aunque el peso proporcional a la corteza terrestre es pequeño, estimado en el 0,006 %, el riesgo de que las reservas de litio se agoten es bajo. El problema radica en que se necesita mucho tiempo para extraerlo.

Una vez que los vehículos eléctricos se generalicen, la demanda de litio superará la oferta, ya que la producción simplemente no será capaz de mantener el ritmo. Una posible salida es desarrollar nuevos tipos de baterías basadas en calcio. El calcio no solo es 10 000 veces más común que el litio, sino que también puede, en teoría, proporcionar un rendimiento de la batería similar al del litio.

Sin embargo, todavía existen algunas barreras importantes para el desarrollo de baterías basadas en calcio. Una de ellas es la falta de conocimientos sobre los materiales de cátodo adecuados que pueden almacenar y liberar calcio de manera eficiente y reversible. CATL, actualmente el mayor fabricante de baterías de automóviles del mundo quiere comenzar a producir una batería de iones de sodio que no requiera cobalto, litio, cobre o níquel de forma masiva a partir de 2023. Sin embargo, las baterías de sodio aún ofrecen un rango considerablemente más corto que las de litio.

Tiempos de carga

El principal problema de los vehículos que funcionan con baterías son los tiempos de carga elevados, un problema crítico en el transporte por carretera, donde cada minuto cuenta. Sin embargo, los proyectos piloto de electrificación de carreteras ya están en marcha en todo el mundo, por lo que se prevé que exista una solución en el futuro.

En febrero de 2022, investigadores de la Universidad de Aalto en Finlandia informaron sobre una nueva tecnología para transmitir electricidad sin cables ni enchufes. La posibilidad de transferencia inalámbrica de energía se conoce desde hace algún tiempo y no es una novedad en sí misma. Sin embargo, los sistemas anteriores no han sido capaces de cargar dispositivos que pudieran estar ubicados en cualquier lugar dentro de un espacio relativamente grande.

El problema es que el flujo de electricidad no se puede controlar cuando hay múltiples transmisores en un área. Los investigadores han desarrollado una tecnología de transmisión de energía que funciona independientemente de la posición y orientación del transmisor y el receptor. Los robots de almacén, los electrodomésticos de cocina y los ordenadores portátiles se pueden cargar en cualquier lugar dentro del área de carga. Debido a que la transferencia de energía funciona incluso cuando el dispositivo está en movimiento, llegará un momento en que esta tecnología pueda impulsar vehículos eléctricos mientras se conducen.

¿Son mejores los vehículos de hidrógeno?

Los vehículos de hidrógeno también comienzan con un impacto ecológico: el complejo tanque de hidrógeno desempeña un papel particularmente importante aquí, como el platino, que se utiliza como catalizador en la pila de combustible. Sin embargo, según un estudio del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (ISE), los vehículos con tecnología de pila de combustible son significativamente más respetuosos con el medio ambiente en distancias más largas que los vehículos que funcionan con baterías. Los vehículos eléctricos solo cuentan con una ventaja medioambiental en distancias más cortas.

En comparación con los vehículos que funcionan con baterías, las pilas de combustible en concreto ofrecen la ventaja de que el repostaje es rápido y cuentan con un almacenamiento de combustible suficiente para viajes de larga distancia.

Costes de fabricación elevados

Uno de los problemas con el hidrógeno es que es caro de producir. Esta producción generalmente se logra a través de la electrólisis PEM (membrana electrolítica de polímero), considerada una de las tecnologías más eficientes. Hasta ahora, la electrólisis AEM (membrana de intercambio aniónico) tan solo ha desempeñado un papel secundario en la producción de hidrógeno, ya que el rendimiento y la vida útil que ofrecen las soluciones existentes han sido demasiado bajos. Sin embargo, en los sistemas PEM se están utilizando catalizadores costosos basados en metales nobles y membranas basadas en perfluorocarbonos, lo que implica costes más elevados.

No obstante, la investigación de alta presión no solo está en curso en el campo de los vehículos con batería eléctrica, sino también en las pilas de combustible de hidrógeno. Los científicos esperan que el desarrollo de una nueva una unidad de membrana-electrodo siente las bases para la introducción de la próxima generación de electrólisis del agua, que parece traer consigo reducciones significativas en los costes de producción.

Sobrecalentamiento

Además, parece estar preparándose una solución a otro problema con las pilas de combustible de hidrógeno –el sobrecalentamiento–, que es un obstáculo técnico, especialmente en vehículos de mercancías medianas y pesadas, como camiones y autobuses. Las pilas de combustible actuales funcionan a 60-80º y requieren grandes refrigeradores y tomas de aire para funcionar. Sin embargo, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos han desarrollado una nueva célula de combustible de polímero que funciona a 80-160º, y también tiene una mayor densidad energética.

Esto significa que ahora es posible fabricar pilas de combustible de alto rendimiento que pueden funcionar en condiciones de calor y sequedad. Si bien es necesaria más investigación antes de que su pila de combustible de alta temperatura logre la durabilidad necesaria para trabajos pesados, este nuevo desarrollo sin duda promete una solución para el transporte por carretera de mercancías medianas y pesadas.

Redes de estaciones de servicio deficientes

También cabe mencionar la red de estaciones de servicio de hidrógeno, que sigue siendo muy escasa en la actualidad, a pesar de que está habiendo movimientos en este ámbito. Según el sitio web H2stations.org, en 2021 entraron en funcionamiento 142 estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo, más que nunca.

El debate continúa

Hasta el momento, la carrera entre los camiones eléctricos y de hidrógeno ha ido a la par en el sector de los vehículos pesados, y todavía no está claro cuál de estas dos tecnologías se impondrá o si coexistirán.

Según un estudio del Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Sistemas e Innovación (ISI) de Alemania publicado en la revista Nature Electronics a finales de enero de 2022, la pila de combustible sigue siendo una aplicación de nicho; los vehículos con batería eléctrica se impondrán en el sector de los vehículos comerciales, incluso para trabajos pesados. El Dr. Patrick Plötz, coordinador de la Unidad de Economía Energética del Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Sistemas e Innovación (ISI) de Alemania, explica que, si bien los viajes de larga distancia en camiones que cubren más de 500 km al día suponen un desafío para las opciones de baterías eléctricas, la normativa europea establece que los conductores de camiones tienen que descansar 45 minutos tras conducir durante más de cuatro horas y media. Eso significa que las distancias de unos 450 km son más que suficientes. Aunque se necesitaría una potencia de carga media de alrededor de 800 kW para cargar un camión de mercancías pesadas para 400 km en 45 minutos (el estándar actual permite hasta 350 kW), «hay un nuevo estándar para sistemas de carga de megavatios que está actualmente en fase de desarrollo, con una potencia de carga que debería facilitar potencias de más de 2 MW; se esperan especificaciones para finales de 2022, con el estándar final previsto en 2023».

El Dr. Plötz no niega que el hidrógeno desempeñe un papel importante en la industria, el transporte marítimo y el combustible sintético de aviación. Pero advierte que, dada la urgencia de la crisis climática para el transporte por carretera, la política y la industria no pueden esperar a que la tecnología del hidrógeno se ponga al día, y recomienda centrarse en los vehículos con batería eléctrica para el transporte de pasajeros y mercancías.

Conclusión

Los vehículos que funcionan con baterías ya se están produciendo en masa. Las pilas de combustible basadas en hidrógeno estarán listas para la producción en serie en los próximos dos años. Empresas bien conocidas en la industria del automóvil están invirtiendo en el desarrollo de pilas de combustible.

Merece la pena seguir de cerca la situación actual de la investigación y el desarrollo técnico a nivel mundial. El desarrollo futuro depende de las decisiones políticas, dado que en última instancia son los propios Estados los que dirigen el desarrollo a través de la naturaleza de las subvenciones nacionales.

 

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