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Proyecto fin de carrera Juan Antonio Muñoz Japón

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2. Introducción


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2.1 Introducción: En la actualidad, el estudio de nuevas fuentes de energía y de sus tecnologías asociadas se está

viendo impulsado a pasos agigantados debido al encarecimiento del precio del petróleo y los

efectos visibles del calentamiento global producido por la emisión de gases contaminantes.

En el sector automovilístico se ha apostado por varias vías alternativas como son los

vehículos híbridos, eléctricos y los propulsados por pilas de combustible En concreto, varios

fabricantes de coches han sacado recientemente al mercado modelos de coches eléctricos a

precios muy competitivos, como es el caso, por ejemplo, de Renault con su gama Z.E. (véase

Ilustración 2.1.), una gama de coches totalmente eléctricos que estará disponible entre

Noviembre de 2011 y el Otoño de 2012. Además, Renault ha pensado en los posibles

problemas a la hora de usar sus coches, de forma que ofrece servicios de alquiler de baterías,

con el que se compromete a tener a disposición del cliente baterías con un 75% de carga como

mínimo para que puedan ser reemplazadas en el vehículo (sistema de recarga sin cable).

Además, ofrecerá al usuario la instalación de un punto de recarga en su domicilio a través de

una empresa subcontrata y una red de puntos de carga públicos. [1]

Ilustración 2.1: Gama Z.E. de Renault.

Otros modelos de coches 100% eléctricos son el Nissan Leaf o el Peugeot Ion. También

existen ciudades en las que se están introduciendo puntos de “repostaje” de electricidad para

dichos automóviles, o el nuevo proyecto de Adif, con el que se pretende recargar vehículos

eléctricos en las estaciones de tren mediante el aprovechamiento de la electricidad generada

durante el frenado de los trenes [2].


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Dado los problemas que los coches eléctricos plantean como son la contaminación por los

residuos de las baterías, el tiempo de recarga o la limitada vida de las baterías ente otros, se ha

apostado fuertemente en los últimos años por la tecnología basada en pilas de combustible

para las aplicaciones automovilísticas. Por lo que en el futuro, se prevé un mix de tecnologías

basadas en coches eléctricos y propulsados por pilas de combustible.

Por otro lado, con el nombre de vehículo híbrido, podemos encontrar en el mercado tanto

vehículos que usan motor de combustión interna y motor eléctrico, como es el caso de la

gama Híbrido HSD de Toyota, y vehículos con pila de combustible y baterías, del cual existen

algunos modelos en el mercado.

Existen distintos modelos de cómo será la evolución del mercado automovilístico en un rango

de cien años, dependiendo de los tipos de vehículos que se estudien. En las siguientes gráficas

mostradas en la ilustración 2.2 se puede observar como afectaría al mercado de ventas de

coches la entrada de cada tipo [3], [4], [5].

Ilustración 2.2: Estudio del mercado de vehículos. a) Gasoline Hybrid; b) Gasoline Hybrid and Gasoline in Plug-in Hybrid; c) Gasoline Hybrid, Gasoline in Plug-in Hybrid and Ethanol/Biofuel Plug-in Hybrid Electric Vehicles; d) Gasoline Hybrid,

Gasoline in Plug-in Hybrid, Ethanol/Biofuel Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Fuel Cell Electric Vehicles.


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Donde los siguientes acrónimos que aparecen en la ilustración y a lo largo del proyecto son

definidos:

HEV: Hybrid Electric Vehicle (Vehículo con motor de combustión interna y motor

eléctrico).

PHEV : Plug-in Hybrid Electric Vehicle (Vehículo con motor de combustión interna y

motor eléctrico, el cuál puede recargar sus baterias directamente de la red eléctrica).

FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle ( Vehículo con pila de combustible).

Podemos apreciar en la ilustración como a medida que cambiamos de escenario el vehículo

Gasoline ICVs varía muy poco su pendiente decreciente de ventas hasta el año 2045 y, en

todos los casos termina desapareciendo del mercado. Por otra parte, en el escenario que

contempla la venta de vehículos Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), caso d, a medida que

pasan los años, este tipo de vehículo aumenta considerablemente sus ventas, y acaba

haciéndose con la totalidad del mercado de vehículos.

Existen otros modelos que muestran como sería la contaminación por gases de efecto

invernadero o el consumo de combustibles para cada escenario, véase [4], [5]. La ilustración

2.3 presenta la contaminación por gases de efecto invernadero para los escenarios

anteriormente estudiados.

Ilustración 2.3: Contaminación por gases de efecto invernadero para cada escenario [3], [4].


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Según los estudios realizados, en el escenario en el que se contempla la comercialización del

Fuel Cell Electric Vehicle, se podrían alcanzar niveles de más del 80% del CO2 por debajo de

la emisión de gases producida en el año 1990, como se muestra en la ilustración 2.3. Además

se observa claramente como a medida que se introduce un nuevo tipo de vehículo, las

emisiones de C02 van disminuyendo, obteniéndose el menor índice de emisiones en el

escenario en el que coexisten todos los tipos de vehículos, siendo el Fuel Cell Vehicle el que

predomina.

Ilustración 2.4: Consumo de combustible para cada escenario.

En la ilustración 2.4 se muestra como a medida que se introduce un nuevo tipo de vehículo en

el mercado se reduce el consumo de combustibles fósiles. Las gráficas de consumo de

combustibles fósiles y de emisión de CO2 son idénticas, ya que a medida que se disminuye el

uso de combustibles fósiles, también se disminuyen las emisiones de gases de efecto

invernadero. El escenario más favorable es el de FCEV, H2 ICE HEV & BEV, en el cuál, todos

los vehículos tienen un consumo de combustibles fósiles mínimo, y con el que se podrían

alcanzar niveles de consumo inferiores a la producción americana de dichos combustibles.


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2.2 Hidrógeno como vector energético: Las pilas de combustible generan electricidad a partir de la reacción de hidrógeno y oxígeno a

través de una membrana produciendo agua y calor. Si el hidrógeno que se utiliza en este

proceso ha sido obtenido a través de energías verdes podemos decir que en el ciclo completo

no se generan gases de efecto invernadero. Como ejemplo de este tipo de generación de

energía limpia para la automoción cabe destacar el proyecto Hércules (ver [6]), en el que

participó el grupo de investigación del departamento de Automática de la Universidad de

Sevilla donde he realizado este proyecto, es un proyecto dividido en tres sub-proyectos. El

sub-proyecto “El León”, encargado de la realización del primer vehículo comercial usando la

pila de combustible en Andalucía. El sub-proyecto “Las Columnas” se encargó de realizar una

planta de generación de hidrógeno mediante la utilización de la energía solar en la planta de

Solucar. Y el sub-proyecto “El Olimpo”, que es el encargado de organizar los otros dos sub-

proyectos así como la difusión y divulgación de los resultados del proyecto completo. Este

trabajo está estrechamente relacionado con este proyecto previo.

Volviendo al dispositivo, las partes que conforman una pila de combustible son los electrodos

y la membrana. Además, se necesitan placas bipolares con canales por donde circula los

reactantes y que junto con la capa de difusión de gases distribuyen homogéneamente el

oxígeno e hidrógeno sobre ambos lados de la membrana.

Existe una gran variedad de pilas de combustible, clasificándose según el tipo de electrolito

usado en:

Poliméricas (PEM). Usan electrolito de Nafion, que es un polímero plástico, e

hidrógeno como combustible. Su rango de temperatura está en torno a 60-100 ºC.

Entre sus ventajas están su baja temperatura de uso, un arranque rápido, y ventajas

asociadas a su electrolito sólido (reduce corrosión, fugas, etc). Como desventaja de la

baja temperatura, necesitan catalizadores caros de platino y utilización de hidrógeno

puro. Su uso principal abarca el transporte, generación de electricidad y equipos

portátiles.

Alcalinas (AFC). Usan como electrolito KOH (hidróxido de potasio) en estado

acuoso e hidrógeno como combustible. Su rango de temperatura está en torno a 90-

100 ºC. Como ventaja principal está su rápida reacción catódica, lo que le confiere

unas mejores propiedades de corriente. Como principal desventaja nos encontramos


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con que hay que eliminar el CO2 completamente del aire y del combustible. Sus

principales campos de aplicación son espaciales y militares.

De ácido fosfórico (PAFC). Usan como electrolito H3PO4 (ácido fosfórico) e

hidrógeno como combustible. Su rango de temperatura está en torno a 175-200 ºC.

Como ventajas nos encontramos su alta eficiencia, llegando al 85 % con cogeneración

de electricidad y calor, y la posibilidad de usar hidrógeno impuro como combustible.

Como desventajas, el uso de catalizador de platino (es caro), sus bajas potencia y

corriente, y sus elevados pesos y tamaños. Su uso es casi exclusivo de la generación de

electricidad.

De carbonatos fundidos (MCFC). Usa electrolitos de litio, sodio y potasio, e

hidrógeno como combustible. El rango de temperaturas está en torno a 600-1000 ºC.

Las temperaturas de uso son muy altas, con lo cual tenemos las ventajas de una mayor

eficiencia, posibilidad de usar catalizadores más baratos que el platino y flexibilidad

para usar otro tipo de combustibles (incluso hidrocarburos). Como desventajas de las

altas temperaturas nos encontramos el mayor desgaste de componentes (menor vida

útil) y mayor corrosión. Su principal aplicación es la generación de electricidad.

De óxido sólido (SOFC). Usan como electrolito un componente de cerámica duro y

no poroso a base de óxidos de ZRY e hidrógeno como combustible. Su rango de uso

en temperaturas está en 800-1000 ºC. Las temperaturas de uso son muy altas, con lo

cual tenemos las ventajas de una mayor eficiencia, posibilidad de usar catalizadores

más baratos que el platino y flexibilidad para usar otro tipo de combustibles (incluso

hidrocarburos), además al ser el electrolito sólido, se reduce la corrosión y el riesgo de

fugas, etc. Entre las desventajas nos encontramos con las provenientes de las altas

temperaturas, como el mayor desgaste de componentes y la mayor corrosión.

Conversión directa de metanol (DMFC). Usan el Nafion como electrolito y metanol

(CH3OH) como combustible. Su rango de temperaturas es de 60-100 ºC. Como

ventajas nos encontramos las mismas que la pila polimérica (PEM) además de que al

usar metanol como combustible, que es un combustible líquido, el problema del


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almacenaje disminuye considerablemente. Su uso es muy variado, nos las podemos

encontrar en vehículos, generación de electricidad y en equipos portátiles.

El tipo de pila de hidrógeno en la que centramos este trabajo son las tipo PEM o de electrolito

polimérico, ya que presenta las mejores características para el uso en automóviles, como son

la rápida puesta en marcha o la baja temperatura de operación [7].

Ilustración 2.5: Componentes de una pila de combustible de electrolito polimérico, PEMFC.

Partes que conforman la pila de hidrógeno mostradas en la ilustración 2.5 son:

Membrana: El electrolito tiene tres funciones principales: conductor iónico, aislante

electrónico y separador de los reactantes anódicos y catódicos. Las membranas de este

tipo de pilas de combustible son poliméricas principalmente de Nafion o Speek. Los

iones deben pasar a través de la membrana para mantener el equilibrio de cargas entre

el ánodo y el cátodo. La especie iónica en concreto y su dirección varía según el tipo

de pila de combustible. Cualquier flujo de reactantes a través del electrolito disminuirá

el rendimiento de la pila.

Electrodos: Las reacciones electroquímicas tienen lugar en la superficie de los

electrodos. El combustible es oxidado en el ánodo y el oxígeno es reducido en el

cátodo. En el caso de pilas de combustible de baja temperatura se necesitan metales

nobles para aumentar la velocidad de reacción. El platino es el catalizador más

utilizado.

Canales de flujo/placas bipolares : Las placas con canales de flujo aseguran la

distribución del combustible y del oxidante por todo el área de la celda. Hay diferentes


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tipos de canales en forma de serpentín o paralelos que se mecanizan en las placas por

donde los gases fluirán. Según el tipo de pila de combustible son de un material u otro.

Por ejemplo, el grafito, acero inoxidable y plástico se utilizan para pilas de baja

temperatura, mientras que los cerámicos se utilizan para las de alta temperatura.

Además, pueden actuar como colectores de corriente.

Capas difusoras de gas (GDL): Son las responsables de la distribución de los

reactantes en la superficie del electrodo.

El esquema de funcionamiento de una pila de combustible tipo PEM se muestra en la

ilustración 2.6:

Ilustración 2.6: Esquema de una pila de combustible.

En la ilustración 2.6, se puede apreciar como el hidrógeno (H2) circula por el ánodo, donde se

disocia en dos iones hidrógeno (H+) más dos electrones (e

-). Una vez se disocia el hidrógeno,

los electrones pasan por un circuito eléctrico mientras que los protones pasan a través de la

membrana llegando al cátodo, donde reaccionan con el oxígeno proveniente del aire (O2)

dando como resultado agua (H2O) y calor.

Las reacciones que se producen son:

Ánodo: H2 2 H+ + 2e

-

Cátodo: 2 H+ + 2e

- + ½ O2 H2O


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Los principales retos que plantea esta tecnología son el almacenamiento, la inexistente

infraestructura, su generación y la inflamabilidad del hidrógeno.

El actual alto coste de la producción de hidrógeno viene dado por su forma de obtención. El

hidrógeno actualmente se obtiene de las siguientes formas:

Reformado con vapor (steam reforming): Con este procedimiento el hidrógeno se

obtiene a partir de hidrocarburos, fundamentalmente del gas natural. El principal

componente del gas natural es metano y la reacción consiste básicamente en separar el

carbono del hidrógeno. El proceso tiene lugar en dos etapas: la fase inicial, el gas

natural se convierte en hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono. La

segunda etapa consiste en producir hidrógeno adicional y dióxido de carbono a partir

del monóxido de carbono producido durante la primera etapa. El monóxido de carbono

es tratado con una corriente de vapor a alta temperatura produciéndose hidrógeno y

dióxido de carbono. El proceso tiene una eficiencia entre el 70% y el 90%. A

continuación se muestran las reacciones químicas producidas durante el proceso:

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

Oxidación parcial de combustibles fósiles con defecto de O2: Corresponde a la

reacción de hidrocarburos con una cantidad insuficiente de oxigeno, lo que conlleva a

una combustión incompleta pese a la temperatura y presión de trabajo (1350 a 1600°C

y 15MPa). Se obtiene una mezcla de gas, donde el hidrógeno y CO son sus principales

componentes que posteriormente se purifica. Las cantidades de oxígeno y vapor de

agua son controladas para que la gasificación continúe sin necesidad de aporte de

energía. La siguiente reacción global representa el proceso:

CH4 + H2O CO + 6 H2

Electrólisis del agua: Se trata de aplicar una corriente eléctrica al agua para separar las

moléculas de oxígeno e hidrógeno. En la foto-electrólisis, la energía que se usa es

proveniente de la radiación solar, y parece ser el camino a seguir por su bajo coste de

obtención y su limpieza, ya que no emite ningún tipo de contaminante. Las reacciones

que tiene lugar son:

Energía + 2H2O O2 + 2 H2


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Gasificación de biomasa: La biomasa se somete a un proceso de combustión

incompleta, produciéndose entre otros productos hidrógeno. La pirolisis consiste en un

calentamiento a alta temperatura (a unos 500 ºC) de biomasa en ausencia de oxígeno,

generándose la descomposición de dicha biomasa en gases como H2, CO o CH4.

Producción fotobiológica: Consiste en la obtención de hidrógeno a partir de

cianobacterias o algas con agua y radiación solar como únicos elementos.

Membranas de intercambio cónico o de electrolito polimérico sólido, que solo

permiten el paso del hidrógeno. Las reacciones que se producen son:

Ánodo:

H2O 2H+ + 1/2 O2 + 2e-

H2O 2H+ + 1/3 O3 + 2e-

Cátodo:

2H+ + 2e- H2

De todas las formas planteadas de producir hidrógeno, la más conveniente parece ser la foto-

electrólisis, ya que la fuente de energía utilizada es la radiación solar, que es una energía

renovable, el único problema es la rentabilidad de dicho sistema de obtención.

Por el momento, la mejor manera de generar hidrógeno es por medio de la electrólisis con

electricidad proveniente de otras energías renovables como la solar, la eólica, la mareomotriz,

etc.

En la siguiente tabla (ver [8]) se comparan algunas características como la emisión de gases o

la eficiencia según el tipo de proceso:

Tabla 2.1: Comparativa de eficiencia y emisiones entre las diferentes formas de obtener hidrógeno.


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En la tabla 2.1 se aprecia cómo los procesos más eficientes producen emisiones, salvo la

electrólisis, que depende de la fuente primaria utilizada.

La siguiente tabla (ver [8]) muestra una comparativa en el coste de producción en US$ para

distintas fuentes de origen:

Tabla 2.2: Comparativa del coste de producción para distintas formas de obtención de hidrógeno.

En la siguiente figura (Ilustración 2.7) se presenta un esquema de la obtención de hidrógeno a

partir de microbios.

Ilustración 2.7. Obtención de hidrógeno a partir de microbios


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La obtención de hidrógeno a partir de microbios consiste en añadir ácido acético, producido

previamente, al baño donde se encuentran los microbios, que consumen dicho ácido

generando electrones, CO2 y protones (H+). Dichos protones pasan por la membrana de

intercambio iónico, uniéndose en el cátodo a los electrones y generando H2. En el paso de los

electrones del ánodo al cátodo se produce un pequeño aumento de tensión.

Ilustración 2.8. Obtención de hidrógeno a partir de metano.

En la ilustración 2.8 se presenta un esquema del proceso de obtención de hidrógeno a partir de

metano. La obtención de hidrógeno a partir de metano sólido consta de varias fases. La

primera fase consiste en una conversión de estado, pasando el metano sólido a fase líquida. En

la segunda etapa (tratamiento), se realiza un colado del metano en fase líquida, obteniéndose

metano puro. La tercera fase (obtención) consiste en pasar el metano puro en estado líquido

por varias membranas ionizadas, obteniéndose al final del proceso hidrógeno puro.


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Ilustración 2.9. Obtención de hidrógeno a partir de agua y energía solar.

En la ilustración 2.9 podemos observar un ejemplo de la utilización de placas solares para la

generación de hidrógeno en el ámbito doméstico. El hidrógeno producido se puede utilizar

durante la noche en la propia casa o para su uso en otras aplicaciones. El agua generada se

recircula para su posterior uso [9].

Durante el día, los paneles

fotovoltaicos abastecen de

energía a la casa.

Al mismo tiempo, el exceso de

energía producida, se usa para

separar agua en hidrógeno y

oxígeno y almacenarlos,

disponiendo de ellos para

cualquier otra aplicación.


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Ilustración 2.10. Resumen de las formas de obtención y de los usos del hidrógeno.

La ilustración 2.10 sirve a modo de resumen de las distintas formas de obtener y de consumir

hidrógeno [10].


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El almacenaje del hidrógeno es otro problema a tener en cuenta debido a que éste se tendría

que almacenar en estado líquido para poder optimizar su almacenaje, lo cual conlleva un gasto

energético extra porque el resultado de los procesos para su obtención es hidrógeno en estado

gaseoso. Existen investigadores, que abogan por el almacenaje del combustible en forma de

hidrocarburo, con lo que los problemas de almacenaje y peligrosidad se resolverían, pero

aparecen nuevos problemas relacionados con la obtención del hidrógeno y la contaminación

(ya que al obtener hidrógeno de un hidrocarburo se produce una pequeña contaminación),

como se explica en [3]. Se ha avanzado bastante en los últimos años en este campo, gracias

sobre todo a las grandes marcas del automóvil como NISSAN o BMW entre otros, que han

mejorado el sistema de almacenamiento del combustible mediante depósitos de fibras

compuestas o composites para obtener más capacidad aumentando la presión que soportan los

depósitos sin que varíe el volumen que ocupan (así obtenemos más autonomía del vehículo)

[3].

Otra desventaja asociada a la pila de combustible es el elevado tamaño que conlleva un ratio

bajo de potencia/tamaño. En este aspecto se ha avanzado reduciendo en hasta un 40% el

tamaño (espesor) de las células de combustible, con lo que conseguimos más potencia en el

mismo tamaño de célula (se obtienen mayores aceleraciones).

Las siguientes gráficas comparan distintos tipos de baterías con pila de combustible, y se

pueden consultar en [3], [4] y [5]:

Ilustración 2.11: Comparación de Energía Específica entre baterías y fuel cell.


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En la ilustración 2.11 se puede observar como la energía específica (Wh/Kg) es mucho mayor

para los sistemas de pilas de combustible-depósito-batería que para los distintos tipos de

baterías. Se aprecia que para el caso en el que el hidrógeno se almacena a menor presión (35

MPa) se consigue el mayor rango de energía específica

.

Ilustración 2.12: Comparación de Densidad de Energía entre baterías y fuel cell.

La ilustración 2.12 compara la densidad de energía entre distintos tipos de baterías y el

sistema pila de combustible-batería-tanque de almacenamiento para dos presiones de

almacenaje. Se puede apreciar como la batería de Litio puede competir con la pila de

combustible en términos de densidad de energía, pero sin embargo en la ilustración 2.11

vemos que en términos de energía específica queda bastante lejos de la pila. La mayor

densidad de energía se consigue almacenando el hidrógeno a 70 MPa.

En la siguiente gráfica se muestra la masa total del coche necesaria para poder desplazar un

vehículo propulsado por baterías o pila de combustible para distintas distancias recorridas.


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Ilustración 2.13: Masa necesaria para desplazarse.

Se puede apreciar como para las baterías a medida que se aumenta la distancia aumenta muy

rápidamente la masa necesaria, mientras que para un vehículo propulsado con pila de

combustible, permanece prácticamente constante [3], [4], [5].

También es interesante ver cómo evolucionan las emisiones de CO2 con la distancia recorrida

para dichos tipos de vehículos, véase la ilustración 2.14.

Ilustración 2.14: Emisiones de gases de efecto invernadero.


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La ilustración 2.14 muestra que las curvas de masa son casi idénticas. En el caso de baterías,

las emisiones de CO2 aumentan casi exponencialmente menos en el caso de baterías de ión-

Litio (Li-ion), mientras que en el caso de las pilas de combustible, las emisiones permanecen

casi constantes.

En resumida, las ventajas del uso del hidrógeno como combustible para aplicaciones en

automóviles son:

Nula emisión de gases de efecto invernadero, así como la no toxicidad de éste frente

al resto de combustibles usados actualmente.

El hidrógeno se puede obtener de la naturaleza a partir del agua, y una vez realizado

el ciclo se vuelve a obtener agua, con lo que no hay consumo de recursos naturales.

Las celdas de combustible son muy eficientes energéticamente, mucho más que

cualquier motor de combustión interna utilizado actualmente.

Además de tener un funcionamiento mucho más silencioso que cualquier tipo de

motor, tiene un menor mantenimiento que éstos.

El hidrógeno es un combustible con una densidad energética muy grande, como se

puede observar en la tabla 2.3 y como se explica en [11].

Las pilas de combustible tienen una respuesta rápida ante variaciones en la carga, con

lo que únicamente se debe de introducir más hidrógeno en la pila si se necesita más

energía eléctrica. Ante una demanda de potencia, como en un adelantamiento, el

defecto de energía producido por la pila, se vería suplido por la energía almacenada

en la batería y en los supercondensadores.

Otra gran ventaja es la modularidad de las pilas ya que se pueden hacer de cualquier

tamaño, dependiendo de la aplicación a la que esté dedicada y las necesidades de ésta.

Además tiene un diseño simple sin partes móviles.


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Tabla 2.3: Propiedades energéticas del hidrógeno y otros combustibles.

En la tabla 2.3 se muestra una comparativa de las propiedades más importantes como

combustible del hidrógeno, la gasolina y el metano, donde se observa que el hidrógeno tiene

el poder calorífico inferior más alto de los tres, y además es el único que no es tóxico.

También se puede apreciar que el hidrógeno es el único que no tiene emisiones de CO2.


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2.3 El vehículo propulsado con hidrógeno. Como hemos visto anteriormente, una pila de combustible genera electricidad a partir de

hidrógeno. Dicha electricidad la podemos usar en cualquier aplicación, como por ejemplo en

el motor eléctrico de un coche.

El esquema de un coche propulsado con hidrógeno mediante pilas de combustible mostrado a

modo de ejemplo es el del vehículo usado en el proyecto Hércules [6]:

Ilustración 2.15: Esquema de un vehículo propulsado con pilas de combustible.

En la ilustración 2.15 podemos ver las partes fundamentales de un coche propulsado con

hidrógeno:

1. Fuel cell system: Sistema basado en pilas de combustible donde se genera la

electricidad a partir del hidrógeno.

2. ESS Batteries: Consiste en baterías de litio donde se almacena la electricidad

generada mediante el frenado regenerativo o la propia pila de combustible, y que

será cedida cuando se demande.

3. Unidad de Control: Es la ECU del vehículo, que controla los parámetros del coche

a partir de los cuales actúa sobre el motor eléctrico o sobre la pila de combustible.

4. Motor eléctrico: es el que provoca el movimiento del vehículo.


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Otras partes que conforman un vehículo híbrido son el tanque donde se almacena el hidrógeno

y los distintos convertidores, ya sean DC/DC o AC/DC, que adecúan las características de la

corriente a lo demandado por cada elemento.

El gran problema del vehículo propulsado mediante pilas de combustible es la inexistencia de

las infraestructuras necesarias como por ejemplo estaciones donde repostar hidrógeno de

forma generalizada (existen unas estaciones pilotos, pero son muy escasas), lo cual sería un

hándicap para el usuario del coche.

En los últimos años, Honda ha sacado al mercado una estación de repostaje de hidrógeno que

se puede instalar en cualquier casa o chalet por sus pequeñas dimensiones. Para producir el

hidrógeno utiliza la energía solar a través de unos paneles fotovoltaicos durante el día, y la

energía eléctrica durante la noche, con lo que por la mañana nos encontramos con un depósito

lleno de hidrógeno para poder repostar nuestro vehículo.

El sub-proyecto “Las Columnas”, dentro del proyecto Hércules, ha sido el encargado de la

creación de una planta de generación de hidrógeno a partir de energía eléctrica de origen

solar, más concretamente de mediante paneles fotovoltaicos y sistemas Stirling [6].

Ilustración 2.16: Estación de Honda. Ilustración 2.17: Estaciones de Hidrógeno en Europa.


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La ilustración 2.16 muestra la imagen de una de las plantas piloto de Honda.

La ilustración 2.17 muestra la red de hidrogeneras presente en Europa, tanto las que se

encuentran en operación como las que se pretenden poner en funcionamiento. Además, en

[12] se pueden ver las hidrogeneras existentes en cualquier parte del mundo, cambiando

simplemente el continente o la parte del continente que queremos ver.

Otro problema lo tenemos a la hora de generar o llevar el hidrógeno a la estación de repostaje.

Si se genera en la propia estación, habría que disponer de un centro de generación de

hidrógeno a partir de energías renovables, lo cual conlleva un gasto económico en concepto

de implantación de todo el sistema de generación además de una superficie grande donde

instalarlo. Si por el contrario se genera lejos de la estación de repostaje y se lleva hasta la

propia estación, estaríamos hablando de problemas de seguridad por riesgo en las tuberías, así

como un gasto en las infraestructuras (tuberías a presión y obras).

Como ejemplos de vehículos comerciales que podemos encontrar usando la tecnología de

pilas de combustible se encuentran:

Mercedes con su BlueZERO E-CELL Plus.

NISSAN X-TRAIL FCV

Mercedes-Benz Necar 5

Honda FCX Clarity

También existen otros tipos de vehículos que utilizan pilas de combustible, como son los

submarinos Type 212A de diseño alemán, o los S-80 de diseño español y que son

desarrollados por Abengoa. También existen aviones propulsados por dicha tecnología, como

es el caso del avión biplaza de Boeing modelo Dimona, cuyas pruebas se realizaron en Toledo

en el año 2008. También Airbus está desarrollando un prototipo de avión propulsado con la

tecnología de pilas de combustible.

http://www.automocionblog.com/post/1710/mercedes-presenta-el-concepto-bluezero-e-cell-plus


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El hidrógeno usado como combustible no solo es aplicable a pilas de combustible, sino que

existen vehículos híbridos de hidrógeno-gasolina/diesel que introducen el hidrógeno en un

motor de combustión interna (alternativo o rotativo Wankel), y que usan el combustible

deseado en cada momento dependiendo de los niveles del depósito o según el deseo del

usuario. Este uso del hidrógeno es poco eficiente, aunque el rendimiento del motor Wankel es

superior al motor alternativo, estos motores tienen otros problemas asociados, y no son

competencia para la pila de combustible en términos de rendimiento. Un ejemplo de estos

vehículos es el Mazda RX -8 hydrogen RE.

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