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El coche eléctrico frente al coche de hidrógeno. Estudio técnico. El coche eléctrico de baterías químicas será más viable que el coche de hidrógeno en el futuro.

Cuando el coche eléctrico va posicionándose como el coche del futuro, salen algunos expertos o no tan expertos indicando que este será de hidrógeno. Si bien tienen razón que el hidrógeno se parece mucho a la forma que actualmente repostamos. En este artículo analizamos técnicamente si el hidrógeno tiene posibilidades de sustituir la gasolina. Veamos si sus opiniones son correctas.

  • 1. Eficiencia en el “llenado de nuestro depósito”

Como hablamos en el anterior artículo, la mejor forma de generar hidrógeno es a través del proceso de electrolisis, una corriente de energía eléctrica que genera hidrógeno. Consideramos que este proceso de electrolisis lo hacemos con energía verde (si no esto no tendría ningún sentido).

¿Cuánto de eficiente es un coche de hidrógeno respecto a un coche eléctrico?

El hidrógeno tiene que ser creado por electrolisis en plantas de generación, no sabemos si las propias “hidrogeneras” lo crearán insitu o directamente será transportado por tuberías o camiones.

Se calcula que la eficiencia máxima está en el 90%, si bien eso sería en laboratorios y con máquinas de poca producción. Máquinas comerciales hoy en día están con una eficiencia del 80%, además tenemos que comprimirlo a la hora de meterlo en un depósito, cosa que también tiene sus pérdidas. Necesitamos comprimir el hidrógeno ya generado y transportarlo. La propia compresión ya supone pérdidas del 20%.

Respecto al coche eléctrico, la red eléctrica, nuestros cableados por las calles, transformadores de Alta tensión… también tiene pérdidas que se consideran de un 5%.

En el siguiente gráfico tenemos un estudio realizado por una consultoría independiente, la cuál indica que en lo que es “llenar nuestro coche”, la eficiencia del eléctrico es de un 95% (pérdidas solamente en el transporte de la electricidad hasta nuestra casa). En cambio, el coche de hidrógeno es del 61% (pérdidas en la generación de hidrógeno por electrolisis y almacenamiento).

  • 2. Eficiencia dentro del coche

En el coche eléctrico, tenemos las siguientes pérdidas: las pérdidas de nuestro cargador, del cargador del coche y de nuestro motor eléctrico para transformarlo a energía mecánica.

En el coche de hidrógeno, tenemos que transformar esa energía con una pila de hidrógeno a electricidad, convertirla según nuestras necesidades para hacer funcionar el motor, y las propias pérdidas del motor eléctrico. El problema está en la pila de hidrógeno, son caras y bastantes ineficientes, hablamos de eficiencias del 50%. Según el estudio de transportenvironment.org, nos cuadra bastante sus datos.

Las pérdidas de un cargador eléctrico y las pérdidas producidas por auto descarga (si las baterías se van descargando solas) se consideran del 10%. Las pérdidas en la conversión para nuestro motor es de un 5%, por último el motor eléctrico se puede aproximar con una eficiencia del 95%.

Respecto al hidrógeno, considera este estudio (y se aproxima mucho) que la pila de hidrógeno tiene unas pérdidas del 46%. Se consideran las mismas pérdidas que el vehículo eléctrico en el motor y en la electrónica de potencia.

El coche eléctrico tiene una eficiencia del 77% y el coche de hidrógeno un 30%. Eso quiere decir que el coche eléctrico es más del doble de eficiente que el coche de hidrógeno. Si pensamos en modo energía. Imaginemos que generamos 100kWh de energía en un aerogenerador. Pues bien, en un coche eléctrico usaremos para desplazarnos 77kWh, en un coche de hidrógeno usaremos 30kWh. Con un coche eléctrico haremos más del doble de kilómetros.

¿Cuánto tendría que ser la eficiencia de la pila de combustible para situarnos a la altura del coche eléctrico?

La eficiencia del coche de hidrógeno se calcula de esta forma: Eficiencia= Eficiencia de electrolisis * Eficiencia de compresión *Eficiencia de la Pila de hidrógeno * Otras perdidas eficiencia = 0,8*0,8*0,5*0,95 = 0,30 –> 30%

Si quisiéramos tener 77% de rendimiento nos sale que la pila de combustible debería tener un rendimiento superior al 100%, cosa imposible o mejorar el proceso de electrolisis o almacenamiento. No obstante, los rendimientos deberían ir cercanos al 95%. Se considera inviable que el hidrógeno, pese a la revolución tecnología, pueda alcanzar eficiencias del 77%.

Espacio de almacenamiento de baterías vs hidrógeno

Ya hemos concluido que la eficiencia es a día de hoy imposible (y en mi opinión, difícil en el futuro) compararla con un vehículo eléctrico de baterías. Puede ser una ventaja que puede tener el hidrógeno. ¿Cuánto espacio necesitaremos para poder hacer 1.000 km?

Un coche eléctrico para hacer 1.000 km, suponiendo un consumo 14,5 kWh/100km (consumo medio de mi coche actual), va a necesitar una batería de 145 kWh.

En un coche de hidrógeno, la energía específica del H2 es de unos 33,3 kWh/kg, si la pila de combustible nos da una eficiencia del 46% (dato cogido del estudio de arriba), cada kg de hidrógeno nos proporcionará 18 kWh. Para recorrer 1000 km, necesitaremos 8 kg de hidrógeno. ¿Cuánto volumen ocupa 8 kg de hidrógeno a 700 bares (presión típica que parece que se va a almacenar en los vehículos)? El hidrógeno se comporta aproximadamente como un gas ideal, típica formula que estudiamos en física de la ESO.

Aplicando cálculos o buscando por internet nos sale que 20 litros sería 1kg de hidrógeno (a 700 bares). 8 kg de hidrógeno serían 160 litros. Si lo pensamos es relativamente pequeño un depósito de 160 litros, si bien el peso no será 8kg, tendremos que tener en cuenta las botellas, (se calcula por internet que el peso del hidrógeno es 2,5% del total de las botellas), unos 320 kg.

320 kg, de peso y unos 0,20m3 está bastante bien.

Respecto a las baterías de litio, aunque la cosa va mejorando, ahora estamos más o menos por 300-600Wh/litro. Quiere decir que para acumular 145kWh necesitaremos unos 300 litros. La tendencia en la reducción del tamaño es considerable, pero estamos lejos de llegar a valores de 700-800Wh/litro que nos permitiría usar un volumen parecido al hidrógeno. No obstante, indica en el último Battery Day, Tesla indico que en 5 años (ya ha pasado 1) llegarán a 750Wh/l.

Respecto al peso, el Model 3, según indican, está en 250Wh/kg, eso quiere decir que el peso de 145kWh serían 580kG. Estamos lejos del peso del hidrógeno junto a su depósito. No obstante, el mismo Tesla dijo que en 3-4 años, estaremos en 400Wh/kg, que sería perfectamente asimilable al peso del hidrógeno.

Velocidad de “carga-repostaje”

Otro de los puntos fuertes del hidrógeno es su velocidad de recarga. Sin ser muy “listos” ya sabemos que el hidrógeno se repostará más rápido que un coche eléctrico. Pero podrán llegar las baterías a una velocidad parecida al hidrógeno. Una buena pregunta.

Suponemos que “los 160 litros de hidrógeno” a presión somos capaces de repostarlos en 10 minutos (creemos que es un tiempo razonable). ¿Podremos recargar una batería de coche en 10 minutos de la misma capacidad?

La batería de nuestro coche es de 145kWh, si la quisiéramos llenar en 10 minutos, necesitaríamos darle una potencia de 1000kW de cargador. Con ese cargador podríamos llenar la batería en 10 minutos. ¿Una batería de litio permite cargas de 7C? Las baterías de Tesla permiten cargas a 300kW, durante el principio que serían 4C. Como sabéis esto no es lineal, cuando la batería al principio nos permite una mayor velocidad de recarga. ¿Podremos alcanzar cargas de 12C? Estoy convencido de que sí. Hay muchos desafíos tecnológicos. El primero, aumentar voltaje de baterías: necesitaríamos baterías de 3000-5000 voltios. Pensar que 1MW de cargador lleva una intensidad en 400 Voltios (nuestros coches actuales) son 2500 amperios de corriente más o menos 1 m2 de sección de cable cobre. Imposible a ese voltaje.

¿Necesitamos recargar tan rápido? Posiblemente no haga falta, sabiendo que el coche eléctrico es para cargar despacio y en tu casita por la noche.

El precio

Desconocemos si las pilas de hidrógeno están descendiendo en precio, no tenemos datos, pero el precio de las baterías continua bajando.

Conclusiones

Estoy convencido que el hidrógeno será incapaz de sustituir al coche eléctrico con baterías. Solo lo podrá sustituir en aquellos modelos de negocio donde el peso, tamaño y velocidades de repostaje sean elevadas. Creo que el único sector que podría tener viabilidad sería la aeronáutica. Ni el transporte de mercancía en carreteras, ni el marítimo, a 10 años vista, no creo que sea ni interesante poner sistemas de hidrógeno. Será más económico y viable poner baterías.

No solo eso, si la tecnología sigue avanzando y pasamos a otra tecnología de baterías como las que prometen (carbono y otras que se están enchuchando), con pesos muchos menores y mayor velocidad de recarga, el hidrógeno pasará a la historia como lo que pudo ser y no fue.

V2C

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