Características del hidrogeno.

El hidrógeno (H2):

•  No es explosivo.

•   No tiene autoignición .

•  No es tóxico. 

•  No es corrosivo. 

•  No se descompone. 

•  No se oxida.

• No huele mal.

• No causa cáncer.

• No contamina el agua.

• No es radioactivo.

Al ser el H2 más ligero que el aire, ante cualquier fuga se diluye rápidamente hacia arriba. Para hacernos una idea, el coeficiente de difusividad es alto (cuatro veces mayor que el metano).

El hidrogeno no tiene ni color, ni olor, esto es un problema, porque pese a no ser toxico, la presencia de H2 puede desplazar el oxigeno, pudiendo provocar la muerte por asfixia.

Otro de los problemas del H2, es que se quema en el aire formando una llama de color azul casi invisible. El bajo calor por radiación emitido por la llama junto a su invisibilidad, puede resultar peligroso a la hora de evitar el contacto con la llama.

En este post se ha resumido las principales características del hidrógeno, en el enlace facilitado a continuación, se puede consultar una hoja de seguridad del H2.

¿Qué es un vehículo eléctrico de batería?

Esta arquitectura es la más sencilla dentro de los vehículos eléctricos por su menor número de componentes. Básicamente está compuesto por una batería electroquímica (ion-litio, NiMH, etc ), un sistema de apoyo para picos de demanda (bancos de condensadores o volantes de inercia), una unidad electrónica de control y el motor eléctrico.

Ilustración 1. Diagrama de bloques vehículo eléctrico de batería.

Dentro de esta arquitectura se puede distinguir entre dos variantes, en función de la forma en la que se repone la energía consumida:

-        Vehículo eléctrico de batería enchufable.

La energía eléctrica consumida se repone recargando en vehículo mediante un enchufe y una estación de carga que variara en función del tiempo de recarga (lenta, semi-rápida y rápida). Para el caso de carga convencional en cualquier enchufe monofásico, el vehículo incorpora una unidad electrónica para el control de la carga.

-        Vehículo eléctrico de batería intercambiable.

Al igual que el anterior, su configuración es la de un vehículo eléctrico, con la única variante de que cuando se agota la energía acumulada en la batería, esta es sustituida por otra cargada en una estación de carga. Esto permite unas velocidades de reposición de energía similares a las de los vehículos convencionales. Aunque, hay que decir que esta tecnología está siendo discriminada, ya que la empresa está en quiebra tras retirar del mercado los coches que la incorporaban por parte de Renault, uno de sus principales impulsores.

¿Qué es un vehículo de pila de combustible?

Un vehículo de pila de combustible es básicamente un vehículo eléctrico puro; la principal diferencia
con respecto a estos es que genera la energía eléctrica a bordo. La generación de la corriente eléctrica la hace mediante una pila de combustible, alimentada con hidrogeno almacenado en un tanque a presión en el vehículo. Los componentes de un vehículo de pila de combustible son los mismos que los de un vehículo eléctrico puro más la pila de combustible, el depósito de hidrógeno y todos los dispositivos destinados a su control.

Debido a que las pilas de combustible son capaces de generar grandes potencias pero a régimen constante y a que los vehículos tienen demandas de potencia variables, en estos las baterías electro químicas se utilizan para la regulación eficiente de la energía, como almacenamiento intermedio.

Estos vehículos se espera que tengan un gran impacto en el sector de la movilidad. Con respecto a los vehículos convencionales reducirían las emisiones de CO₂ y el resto de las emisiones de gases contaminantes. Cuando se dice que se reduciría las emisiones de CO₂ no se refiere a que el vehículo lo emita, porque estos vehículos solo expulsan H₂O por el tubo de escape, pero en la producción del H₂ dependiendo del proceso utilizado si se puede generar CO₂. En cualquier caso estas emisiones de CO₂ al ser producidas en lugares puntuales, son mucho más fáciles de controlar y evitar su emisión al medio ambiente, además de ser menores de las que emitimos en la actualidad. Si se comparan con los vehículos eléctricos puros, los de pila de combustible solucionan el principal inconveniente de estos, que es su autonomía.

Guerra entre tecnologías. Pila de combustible o batería.

Las últimas noticias internacionales muestran un panorama muy, pero que muy interesante. Mientras las multinacionales alemanas, como el grupo Volkswagen y Daimler apuestan por los vehículos eléctricos de batería, las gigantes japonesas Honda Motor y Toyota Motor apuestan por la tecnología de hidrogeno y pila de combustible, la guerra entre tecnologías está servida.

Desde un punto de vista totalmente desinteresado, se puede llegar a la conclusión de que o la tecnología de las baterías electroquímicas evoluciona exponencialmente o está claro que  las multinacionales alemanas tienen muchas papeletas para perder este choque de titanes ya que la tecnología eléctrica a batería tiene numerosos inconvenientes con respecto a la de pila de combustible. 

Por un lado tenemos la autonomía, un vehículo de pila de combustible puede conseguir autonomías similares a los actuales (400- 600 km por deposito), mientras que uno eléctrico a batería consigue autonomías entorno a unos 100-140 km. En este aspecto el vehículo a batería solo cubriría las necesidades de movilidad en el entorno urbano.

Por otro lado está el problema del repostaje, mientras un deposito de hidrogeno se puede recargar completamente en unos 5 minutos (tiempo similar al repostaje de combustible actual), la recarga del 85% de una batería de ion-litio con en una estación de carga rápida tarda unos 15 minutos, en el mejor de los casos, y no es seguro que este tipo de recarga no dañe las baterías.

Con estas simples apreciaciones parece ser que el coche eléctrico tiene la batalla perdida. Esto como todo, es relativo. El vehículo eléctrico también tiene sus bazas. Un eléctrico se puede cargar en nuestro domicilio y todo apunta a que el coste a los 100Km (entorno a 2€) será menor que el coste para los mismos kilómetros en el caso del hidrogeno (entorno5-7€/kg ). Además el coste del vehículo eléctrico es, por el momento, menor que el vehículo de pila de combustible debido al elevado precio de algunos de los componentes de lo pila de combustible.

La lista de argumentos a favor y en contra de una tecnología puede ser muy larga e interesante, pero al final, y en mi humilde opinión, se llega a la conclusión de que la tecnología de la pila de combustible será la que se imponga en el medio-largo plazo mientras que en el corto plazo la tecnología del eléctrico a batería es la que tiene más papeletas para triunfar en vehículos para movilidad urbana y competirán en el mercado con los híbridos y los de combustible.

¿Qué es un vehículo híbrido?

Como idea general, un vehículo híbrido consta de dos motores, uno térmico y otro eléctrico. El motor térmico se alimenta de un tanque de combustible (gasolina o diesel), y el motor eléctrico se alimenta de una batería (ion litio, NiMH,Pb...), además de otra serie de componentes que complementan el aporte de potencia de la batería en picos de demanda (baterías de condensadores y volantes de inercia).

Esta configuración es la más compleja debido al enorme número de componentes, lo que aumenta la probabilidad de fallo y su coste, además de necesitar una electrónica de control más compleja que en el resto de configuraciones (vehículos convencionales, vehículos  eléctricas puros, etc). A su favor con respecto a los vehículos convencionales, tiene que mejora el gasto de combustible, mejora las prestaciones de los motores convencionales, pudiendo utilizar motores de combustión de menor potencia para las mismas prestaciones.

Dentro de la configuración híbrida se encuentran las variantes siguientes:

-        Híbrido serie.

En esta configuración se utiliza un pequeño motor térmico que funciona a régimen constante, al que se le acopla un generador. La energía producida por este sistema es gestionada por la unidad de potencia del vehículo que la destinará a la carga de las baterías o directamente para alimentar el motor eléctrico. Esta unidad de potencia también se encarga de gestionar la energía proveniente de la frenada regenerativa. La energía primaria será la del motor térmico y el depósito de combustible, las baterías proporcionan la energía de apoyo. Esta arquitectura es, en esencia, la misma de un vehículo eléctrico puro al que se le ha añadido un generador para aumentar la autonomía debido a la pobre densidad energética de las baterías actuales. Esta arquitectura se puede justificar porque al no estar el motor térmico en contacto con el tren de tracción, este se puede mantener en el punto óptimo de funcionamiento, siendo necesarios motores térmicos de menores potencias y disminuyendo la contaminación.

Ilustración 1. Diagrama de bloque vehículo híbrido serie.

-        Híbrido paralelo.

En esta configuración, tanto el motor térmico como el motor eléctrico, están conectados al tren de potencia, por lo que las potencias de ambos motores se suman. Con ambos se alcanza mayores rendimientos al combinar la autonomía y elevadas velocidades del motor térmico, con el buen funcionamiento a bajas revoluciones del motor eléctrico. Con este sistema reducimos el tamaño del motor térmico, con respecto a uno de un vehículo convencional de igual propiedades, y reducimos el motor eléctrico en comparación con un híbrido serie. Además, el motor eléctrico nos proporciona energía del frenado regenerativo.

Ilustración 2. Diagrama de bloque vehículo híbrido paralelo.

-        Híbrido serie-paralelo.

La principal característica a destacar es que tiene dos acoplamientos mecánicos por separado, uno para cada motor. Por lo demás, esta arquitectura, como se puede ver en el diagrama de bloques, combina las características de las dos configuraciones anteriores.

Ilustración 3. Diagrama de bloque vehículo híbrido serie-paralelo.

-        Híbrido complejo.

Es igual que el serie-paralelo, solo que el generador del serie-paralelo, en este caso también puede funcionar como motor. Para que lo descrito anteriormente sea posible añade un convertidor de potencia adicional con respecto al serie-paralelo.

Ilustración 4. Diagrama de bloque vehículo híbrido complejo.

¿Qué es un vehículo eléctrico?

Un vehículo eléctrico es todo aquel que utiliza para su propulsión, un motor eléctrico alimentado con energía almacenada a bordo. En función del sistema de carga de energía, se puede distinguir entre los siguientes tipos de vehículos eléctricos.

·         Vehículos híbridos (VHE), combina un motor eléctrico con uno de combustión interna. Entre ellos se distinguen:

-        Semi-híbridos, el motor eléctrico se utiliza como ayuda al motor de combustión interna (el eléctrico nunca tracciona solo).

-        Híbridos puros, tanto el motor eléctrico como el de combustión pueden traccionar indistintamente por separado o en conjunto.

-        Híbridos enchufables, las baterías se pueden recargar también enchufándolas a la red eléctrica, esto proporciona una mayor autonomía eléctrica.

·         Vehículos eléctricos (VE) de baterías, para la propulsión consta de un motor eléctrico alimentado por baterías. Se puede distinguir entre:

-        Vehículos eléctricos de baterías intercambiables, cambian las baterías gastadas por otras cargadas en una estación de recambio. Este sistema ha perdido credibilidad y actualmente se encuentra en una situación crítica.

-        Vehículos eléctricos enchufables, las baterías se recargan enchufando el vehículo a la red eléctrica.

·         Vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno, son vehículos  de tracción puramente eléctrica, que generan la electricidad abordo, mediante la transformación de la energía química del combustible (hidrogeno) en energía eléctrica, con una pila de combustible.

Misión y visión de "Energía y Realidad"

Misión.

Proporcionar una fuente de información fiable, al alcance de todos, evitando en la medida de lo posible tecnicismos, en el ámbito de la energía y las nuevas tecnologías asociadas a esta.

Visión.

Se tratarán temas de actualidad, noticias y conceptos básicos relacionados con movilidad, fuentes de energía y se expondrán algunos proyectos de electrónica basados en el uso y control de estas fuentes.