Hidrógeno Verde: ¿Qué es y Para Qué Sirve?

Hidrógeno Verde, la clave para la Descarbonización del Transporte

El hidrógeno verde es una forma limpia y sostenible de hidrógeno producido mediante la electrolisis del agua usando energía renovable, siendo una gran alternativa para transformar el sector del transporte, reduciendo las emisiones de gases efecto invernadero y ofreciendo una solución eficiente.

• ¿Qué es el Hidrógeno Verde?
• Descarbonización del Transporte con Hidrógeno Verde
• Ventajas del Hidrógeno Verde en el Transporte
• Los Primeros Autobuses de Hidrógeno Verde
• Trenes de Hidrógeno Verde: Innovaciones y Desafíos
• Camiones con Pila de Combustible de Hidrógeno
• Transición hacia el Hidrógeno Verde en el Transporte

¿QUÉ ES EL HIDRÓGENO VERDE?

El Hidrógeno Verde es producido a partir de fuentes renovables mediante la electrólisis del agua, donde el agua se divide en hidrógeno y oxígeno usando electricidad renovable. A diferencia del hidrógeno gris, que se obtiene a partir de gas natural generando emisiones, el hidrógeno verde no tiene impacto negativo en el medio ambiente durante su producción.

DESCARBONIZACIÓN DEL TRANSPORTE CON HIDRÓGENO VERDE

El nuevo reglamento de reducción de emisiones para vehículos pesados, camiones y autobuses mantendrá el aumento de objetivos de reducción de CO2 establecidos en la propuesta de la Comisión Europea, ya ratificados por el Consejo Europeo, es decir, pasar del 30% al 45% en 2030, 65% en 2035 y 90% en 2040 para vehículos pesados. Por su parte, para autobuses urbanos, se fija un objetivo del 100% hasta 2035, y un objetivo intermedio del 90% para esta categoría en 2030.

En el contexto de las estrategias políticas europeas se incide en la necesidad o importancia de desarrollar soluciones tecnológicas y de infraestructura, así como crear condiciones marco que permitan un camino económico hacia la electrificación del transporte. El hidrógeno es de vital importancia para reducir los gases de efecto invernadero en todos los sectores, incluida la movilidad, ya que el hidrógeno verde y sus productos derivados pueden sustituir a los combustibles fósiles como la gasolina, el diésel o el queroseno.

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VENTAJAS DEL HIDRÓGENO VERDE EN EL TRANSPORTE

Las pilas de combustible o “fuel cells” convierten la energía química de hidrógeno u otros compuestos directamente en energía eléctrica y calor mediante reacciones electroquímicas obtienen rendimientos elevados comprendidos entre el 60 y el 80%. En una pila de combustible de electrolito polimérico (PEMFC) que opera con hidrógeno y oxígeno del aire, el agua es el único subproducto obtenido.

Aún no está absolutamente definido papel desempeñarán los vehículos propulsados por pilas de combustible, aunque se está concluyendo que el hidrógeno tiene potencial para imponerse en conceptos de vehículos eléctricos diseñados para largas distancias y transporte de cargas elevadas, así como para flotas de vehículos con operaciones complejas que dificultan tiempos de recarga eléctrica elevados. 

 ALCANCE, AUTONOMÍA Y COSTE DEL HIDRÓGENO EN EL TRANSPORTE

El largo alcance es una gran ventaja de la tecnología de pilas de combustible frente a otras soluciones de transporte eléctrico. A modo de ejemplo, indicar que para un turismo unos ocho kilos de hidrógeno proporcionan electricidad suficiente para un recorrido de hasta 1.000 kilómetros. Considerando un precio para el hidrógeno verde de aproximadamente 10-12 €/kg, se puede afirmar que con este combustible se puede conducir por kilómetro tan barato como con el diésel. Además, el proceso de repostaje es tan rápido como con un motor de gasolina: el vehículo se reposta en tan solo unos minutos. Este precio sería sin embargo de difícil implantación en el sector industrial, donde la competencia sería con gas natural para procesos térmico y con hidrógeno gris para procesos químicos.

El coste medio de producir hidrógeno gris es actualmente de 1,4 a 3,1 dólares por kilo, mientras que generar hidrógeno electrolítico utilizando electricidad renovable es cuesta aproximadamente entre 3,1 a 9,7 dólares por kilo.

Una grave desventaja de los vehículos eléctricos H2 es la falta de estaciones de servicio, denominadas hidrolineras o hidrogeneras. A modo ilustrativo, sólo hay unas 100 estaciones de servicio de hidrógeno en Alemania y contadas en España, en todo el mundo hay alrededor de 700. Se espera un cambio fundamental en la situación a medio plazo con el impulso de las políticas europeas, en las que se considera el diseño y la implantación de corredores de hidrógeno para el transporte de mercancías.

La autonomía también es una gran ventaja de los vehículos de pila de combustible. Los coches de hidrógeno actuales ya pueden recorrer entre 600 y 700 kilómetros sin problemas. Los camiones de pila de combustible preparados para la venta en serie tienen actualmente una autonomía de 400 kilómetros, como por ejemplo el Xcient Fuel Cell de Hyundai. Ya se ha presentado el modelo Gen H2Truck del fabricante Daimler Trucks que tiene una autonomía de hasta 1.000 kilómetros.

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LOS PRIMEROS AUTOBUSES DE HIDRÓGENO VERDE

En cuanto a los autobuses con pila de combustible de hidrógeno, se fabrican en serie desde hace varios años. Los vehículos más utilizados actualmente son autobuses estándar con una longitud de unos 12 metros. Un autobús híbrido de pila de combustible con un depósito a presión con capacidad para unos 40 kilogramos de hidrógeno (presión de almacenamiento de 350 bar) se puede repostar en unos diez minutos. El autobús puede recorrer entre 300 y 400 kilómetros con un tanque de combustible. Por tanto, el autobús de pila de combustible tiene la misma flexibilidad de uso que los vehículos con motor de combustión diésel tradicional.

En España la empresa ALSA ha sido primera en operar un autobús de hidrógeno de forma permanente. Desde enero de 2022, el autobús opera de forma estable y permanente una línea urbana en Torrejón de Ardoz, gracias a la hidrogenera que ha instalado en colaboración con Carburos Metálicos para garantizar el suministro. El autobús que realiza el servicio es el modelo H2 City Gold fabricado por la empresa portuguesa CaetanoBus y es 100% cero emisiones. Utiliza el hidrógeno como fuente de energía y su pila de combustible, con tecnología Toyota, genera electricidad. Por tanto, sólo emite vapor de agua y está libre de emisiones sonoras. 

Tras su lanzamiento en octubre de 2023 en la Feria Internacional Busworld, el nuevo autocar Irizar i6S Efficient de hidrógeno ha recibido el Premio Autocar del Año 2024 en España. Este vehículo ha sido desarrollado exclusivamente por Irizar, junto con empresas y centros tecnológicos de relevancia. Actualmente, el Irizar i6S Efficient Hidrógeno se encuentra en fase de pruebas de diferentes tipologías. La acumulación de conocimiento y experiencia serán claves para perfilar su futura gama de vehículos de hidrógeno.

En 2023 la compañía Deutsche Bahn ha encargado 60 autobuses de hidrógeno a CaetanoBus para su división de autobuses DB Regio Bus para entregar hasta 2026, así como estaciones de servicio de hidrógeno móviles y de almacenamiento de hidrógeno al fabricante noruego de depósitos y sistemas de hidrógeno de alta presión, Hexagon Purus.

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TRENES DE HIDRÓGENO VERDE: INNOVACIONES Y DESAFÍOS

También se han llevado a cabo pruebas de funcionamiento de pilas de combustible en trenes. Alrededor del 40% de la red ferroviaria alemana no está electrificada, país pionero en la realización de pruebas con pilas de combustible de hidrogeno en trenes. En este caso, la transición de la tecnología diésel a la de hidrógeno representará una solución especialmente eficiente para la descarbonización del transporte. Para probar esta solución en 2018 se pusieron en funcionamiento en la red viaria Weser-Ems dos trenes Coradia iLint propulsados por hidrógeno fabricados por Alstom.

Los trenes tienen una autonomía de 600 a 800 kilómetros y cuentan con depósitos instalados en el techo que se llenan de hidrógeno en fase gas a una presión de 350 bares. El hidrógeno se convierte en electricidad en las pilas de combustible, que también están ubicadas en el techo, y se alimenta a baterías que almacenan temporalmente la electricidad y la liberan según sea necesario. Además de proporcionar energía de propulsión, las baterías también almacenan energía de frenado y contribuyen así a la alta eficiencia energética de todo el sistema.

Siguiendo el ejemplo de Baja Sajonia, la asociación de transporte Rin-Meno cuenta con la flota más grande del mundo de trenes regionales propulsados por pilas de combustible del tipo Coradia iLint y con su propia estación de servicio de hidrógeno para trenes de pasajeros. En Baden-Württemberg también está prevista la sustitución de unidades múltiples diésel por trenes propulsados por pilas de combustible y la construcción de estaciones de servicio correspondientes; allí se utilizará un tren regional en el área de Tubinga, que Deutsche Bahn está desarrollando junto con Siemens sobre la base del Unidad múltiple regional Mireo Plus.

En 2022 Talgo comenzó las pruebas dinámicas de su tren dual de hidrógeno renovable Vittal-One en las instalaciones de su fábrica de Madrid, lo que constituye un hito clave en el proceso de aplicación del hidrógeno en el ferrocarril. Estos ensayos, llevados a cabo en un tren laboratorio bautizado como TPH2, buscan asegurar la correcta funcionalidad de los principales sistemas de composición desarrollados en etapas previas y comprobar la tracción del tren con baterías y con hidrógeno, esto es, validar la tecnología de hidrógeno en movimiento, aplicada al sector ferroviario.

En la primera fase, Repsol proporcionará la infraestructura de generación de hidrógeno renovable y suministro de la energía para abastecer al tren. En una segunda fase de las pruebas dinámicas, Talgo y Repsol llevarán a cabo la validación de la tecnología en vía general, primero en las proximidades de Madrid y posteriormente en Extremadura. Por otra parte, el fabricante CAF ha iniciado en su planta de Zaragoza las pruebas del tren demostrador propulsado por hidrógeno del proyecto FCH2Rail, que está desarrollando con DLR, Toyota y Renfe principalmente. 

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CAMIONES CON PILA DE COMBUSTIBLE DE HIDRÓGENO VERDE

También están empezando a abrirse camino los camiones pesados equipados con pila de combustible de hidrógeno. En un esfuerzo por liderar la innovación en tecnología automotriz sostenible, Corea del Sur ha dado un paso audaz hacia el futuro con el desarrollo de un motor revolucionario de dos litros con inyección directa de hidrógeno.

La colaboración entre dos gigantes de la industria, Hyundai-Kia Motor Company (HMC) y el Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), ha dado lugar a un avance que promete transformar la movilidad. El propulsor, basado en un diseño clásico que ya se encuentra en algunos modelos de la compañía, ha sido meticulosamente modificado para aprovechar el poder del hidrógeno como combustible limpio y eficiente. Este motor innovador permite la introducción directa de hidrógeno en la cámara de combustión a una presión superior a 30 bares, garantizando un rendimiento óptimo y una reducción significativa de emisiones.

Toyota ha ido más allá al diseñar motores térmicos de hidrógeno que participan activamente en competiciones, demostrando su eficiencia y rendimiento en condiciones reales. Este enfoque innovador de Toyota refleja la creciente demanda de soluciones de movilidad sostenible en la industria automotriz. 

El fabricante de vehículos comerciales MAN Truck & Bus será el primer fabricante europeo de camiones en lanzar una serie pequeña con motor de combustión de hidrógeno. Está previsto que la pequeña serie, inicialmente prevista con unas 200 unidades, se entregue a clientes de Alemania, Países Bajos, Noruega, Islandia y algunos países no europeos a partir de 2025.

Deutz, otra de las empresas alemanas líderes en motorización de vehículos pesados ha desarrollado el motor de hidrógeno DEUTZ TCG 7.8. Este motor de seis cilindros con cero emisiones y bajo nivel de ruido se basa en un diseño ya existente y produce un máximo de 220 kW (299 CV) a 2.200 rpm. En principio, el motor puede utilizarse en todas las aplicaciones actuales de Deutz, incluidas las de carretera y todoterreno, ferroviarias e industriales, así como la generación de energía estacionaria. Después de probarlo inicialmente en un grupo electrógeno para generar electricidad, el motor se probará en un camión de 18 toneladas como parte del proyecto HyCET, cuyo objetivo de desarrollo es cumplir los valores actuales de emisiones de la UE para vehículos industriales pesados sin emisiones.

Como puede comprobarse, con un compromiso renovado con la investigación y el desarrollo de tecnologías limpias, las marcas automotrices están demostrando su capacidad tecnológica para adaptarse a los desafíos ambientales y ofrecer alternativas viables para el transporte descarbonizado.

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TRANSICIÓN HACIA EL HIDRÓGENO VERDE EN EL TRANSPORTE

A otra escala, es necesario destacar que todas las provincias de China han construido al menos una hidrogenera -excepto el Tíbet- y suman 354 operativas, frente a las 178 de Europa, según datos de la firma de investigación de mercado Interact Analysis y el Observatorio Europeo del Hidrógeno recogidos por Autonews Europe.

El avance previsto es muy desigual, en Europa el coche de hidrógeno no ha despegado como se esperaba. Según datos recogidos por Autonews Europe, Hyundai 110 solo vendió unidades de su modelo Nexo el año pasado en este mercado, y Toyota solo vendió 804 Mirai. Sin embargo, China tiene la intención de tener 1.200 hidrogeneras en funcionamiento para finales del próximo año, mientras que el Consejo del Hidrógeno, con sede en Bruselas, espera que el número de la UE se triplique hasta llegar a 650, pero no hasta finales de la década.

La mayoría están ubicadas en Alemania (96) seguidas de Francia (21) y los Países Bajos (14). Corea del Sur y Japón, sede de fabricantes pioneros en esta tecnología como Hyundai y Toyota, tienen 159 y 161 estaciones activas respectivamente, según Interact Analysis. Estados Unidos tiene 56 abiertas y planea abrir 35 más. En China la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma tiene la intención de tener 50.000 autobuses de hidrógeno en circulación para finales del próximo año, y los que ya funcionan utilizan las hidrogeneras existentes.