Hacia un futuro más limpio

Puede que la respuesta se encuentre en la llegada de los vehículos limpios. Son vehículos impulsados por electricidad, ya sea con baterías o pilas de combustible que funcionan con hidrógeno a bordo y, muchas veces, un híbrido de ambas. La idea de los vehículos eléctricos se ha debatido durante años. Es ahora, con los probados efectos del cambio climático, cuando nos ponemos en marcha para que estos vehículos sean una realidad comercial viable.

Sin duda, el cambio ya está aquí. Las cifras mensuales de la Society of Motor Manufacturers and Traders sugieren que las ventas de vehículos eléctricos en el Reino Unido han aumentado considerablemente en los últimos años. Así, se ha pasado de registrar unas ventas de unos 500 vehículos eléctricos al mes durante el primer semestre de 2014 a vender una media de 5.000 al mes durante 2018.

No obstante, su producción no es sencilla y tanto los fabricantes como los consumidores se enfrentan a muchos desafíos antes de que su uso se generalice.

Yasuji Shibata, Director General del Departamento de evaluación de vehículos de propulsión eléctrica de Toyota Motor Corporation, tiene clara la primera meta: “desarrollar el vehículo de propulsión eléctrica al mismo nivel de desempeño y fiabilidad que los vehículos convencionales y con un presupuesto razonable”. Estrechamente vinculada está la necesidad de garantizar que el funcionamiento del vehículo satisfaga las necesidades del cliente, sobre todo en cuanto a ahorro de combustible.

En concreto, el uso de una única pila (la unidad eléctrica más pequeña), así como un conjunto de pilas de combustible (como pilas combinadas), son dos áreas de interés. Las baterías presentan dos requisitos específicos: almacenamiento y potencia. A diferencia de los tanques de gasolina, la capacidad de una batería cambia con la temperatura ambiental y el deterioro. También es importante la diferencia entre el suministro eléctrico de los vehículos a batería y los de pila de combustible (hidrógeno): las baterías son capaces de proporcionar una cantidad finita de energía. El desafío estriba en que se consume electricidad en todo momento, por ejemplo, en los vehículos montacargas. Disponemos de menos capacidad para responder a los picos y necesidades de energía al transportar cargas y elevarlas o al subir por rampas. En otras palabras: la pérdida de eficiencia –y, por tanto, de productividad– es constante.

Sin embargo, con una pila de combustible, el vehículo puede funcionar al 100 % de su capacidad hasta la última gota de gas. Dado que las baterías sólo almacenan una cantidad limitada de energía, no se dispone de demasiada autonomía, pero esta es muy superior con las pilas de combustible de hidrógeno. En la actualidad, la diferencia es de casi el doble, pudiendo llegar al triple a corto plazo. En parte se debe a que un vehículo propulsado por una pila de combustible llega más lejos y es menos susceptible a los efectos del clima, con un tiempo de repostaje menor, de entre tres y cinco minutos; toda una diferencia con los vehículos del estilo de Tesla, que requieren un tiempo de reabastecimiento mínimo de 20 minutos. Así pues, es probable que una tendencia futura sea una verdadera producción híbrida de las tecnologías de pila de combustible y batería.

Diversos estudios sugieren que saturar el mercado con vehículos de batería sería muy sencillo, pero sustituir los automóviles de gasolina por alternativas de batería no es tan simple como parece. La red eléctrica apenas tiene capacidad libre para abordar este cambio. La producción de hidrógeno permite compensar las variaciones de la producción eléctrica a lo largo del día y por eso es tan importante diseñar un  de soluciones. Canalizar las energías renovables directas –eólica o solar– o incluso la nuclear hacia los turismos se antoja difícil dada la distancia entre estas tecnologías y los vehículos. No obstante, con el hidrógeno como combustible la electricidad se puede poner a trabajar justo donde se produce.

Tampoco debemos olvidar la seguridad ambiental y el peligro de no saber distinguir entre combustibles verdes y combustibles limpios. Por ejemplo, los biocombustibles son verdes, pero de ningún modo son limpios. Se ha prestado mucha atención a las emisiones de dióxido de carbono, y con toda razón, pero no así a los cerca de 200 tipos de  contaminantes del motor de combustión interna de los vehículos urbanos, mucho más perjudiciales para la salud humana. Por ejemplo, el escape de un motor de biodiésel contiene carcinógenos que contaminan tanto como un motor diésel normal.

Los vehículos de pila de combustible propulsados por hidrógeno logran mayor eficiencia que un motor de combustión interna propulsado por un biocombustible como el biodiésel. De hecho, la ventaja más importante de un vehículo de pila de combustible propulsado por hidrógeno es que solo genera agua y aire, inocuos para el entorno. Si bien es cierto que el combustible de hidrógeno produce cero emisiones, también es verdad que no es algo que se produzca de manera natural en nuestro planeta. Su producción supone procesos como la electrolisis, que requiere electricidad. Con demasiada frecuencia, esa energía sigue viniendo de los combustibles fósiles.

¿Cómo pueden ayudar las normas internacionales a superar estos desafíos tan diversos? Al igual que en todas las áreas de la normalización, significa que los mismos productos puedan ostentar el mismo nivel de desempeño y fiabilidad, independientemente de dónde se produjeron. También significa que la cantidad de recursos requerida para desarrollar un único producto disminuirá en cada país, lo que aporta protección ambiental.

En general, el gran obstáculo de la normalización internacional es la armonización entre fabricantes. Tras los vehículos alimentados por baterías, ahora algunos países se reorientan hacia la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno. Existe un mercado enorme y en rápido crecimiento, por lo que la armonización de las Normas Internacionales es una prioridad clave.

Las trabas diarias, como los semáforos y los límites de velocidad cambiantes, hacen que la demanda de energía del sistema de propulsión del vehículo varíe rápidamente. Entonces, ¿los vehículos de pila de combustible cuentan con la potencia de tracción que necesitamos? La ISO 20762 se ha diseñado para poner a prueba la potencia máxima del sistema de un vehículo eléctrico híbrido (HEV). ISO 23274-1 ha hecho posible la medición del consumo de combustible sin la influencia  del nivel de carga de la batería. También implica que el estado de carga se puede probar con distintos ciclos, cargas y temperaturas.

El Comité Técnico de Normalización ISO/TC 197, creado el seno de la Organización Internacional de Normalización (ISO), encargado de elaborar normas sobre tecnologías de hidrógeno, está presidido por Andrei V. Tchouvelev, uno de los mayores expertos mundiales en la seguridad del hidrógeno y sus reglamentos, códigos y normas asociados. Tchouvelev acumula 35 años de trabajo en el sector del hidrógeno y, tras mudarse de su Rusia natal a Canadá, fue cofundador del Programa de Seguridad del Hidrógeno de Canadá en 2003. Este Comité no trabaja directamente con vehículos, pero ha creado una familia de normas de abastecimiento que recogen todo lo relacionado con la interfaz del surtidor de la estación de servicio y los vehículos propulsados por hidrógeno. Cuenta con requisitos generales y específicos sobre componentes como el surtidor, compresor, válvulas, conexiones y mangueras de suministro.

Varios países se han sumado a la Directiva relativa a la infraestructura para los combustibles alternativos (AFID) de la Unión Europea y a una serie de normas; el hidrógeno es una de esas opciones de infraestructura alternativas para combustibles. El grueso de las labores preliminares de la base de la normalización exigida por la AFID corrió a cargo del ISO/TC 197 y se examinaron los puntos de distribución, la calidad del combustible y los conectores. El Comité también participa en la Fase 2 del Reglamento Técnico Mundial (GTR 13) sobre el hidrógeno y los vehículos de pila de combustible, y se asegura de que los requisitos de las normas internacionales que desarrolla el Comité estén alineados con los requisitos del Reglamento Técnico Mundial. Su labor es complicada a pesar de la cooperación de diversas partes interesadas en favor de la libre competencia en igualdad de condiciones.

“Todo el mundo quiere mover montañas ahora mismo, y con rapidez, pero tal vez carezcan de fundamentos científicos y conocimientos técnicos suficientes”, declara Tchouvelev. También ve otras complicaciones porque “vivimos en un mundo acelerado y la Cuarta Revolución Industrial es un desafío para la normalización”. Continúa con una especie de dilema del huevo y la gallina: ¿cuándo es mejor desarrollar una norma internacional para garantizar la seguridad y el desempeño, pero sin restringir la tecnología, puesto que los vehículos de pilas de combustible y la infraestructura de abastecimiento lleva ya 15 años en desarrollo?

Ya no sólo se trata de aplicarlo a coches de pasajeros sino también a trenes, autobuses y camiones y otros vehículos pesados, así como a los sectores marítimo, de aviación y aeroespacial. Por ejemplo, un camión pesado podría necesitar 80 kilos de almacenamiento a bordo, mientras que un vehículo de pila de combustible normal necesitaría 5 kilos. Ahora, además de los vehículos ligeros, es necesario desarrollar normas para un almacenamiento a bordo mucho mayor y hacer posible un reabastecimiento lo más rápido posible y con caudales mucho más elevados. Además de estas cuestiones de capacidad, tanto las pilas de combustible como las baterías afrontan desafíos crecientes que podrían limitar sus aplicaciones independientes para una movilidad a mayor escala. Entre ellas están la gestión térmica y del agua y el mayor balance de planta requerido para la refrigeración. Esto es lo que hace especialmente atractiva la hibridación de las tecnologías de baterías y de pilas de combustible. La necesidad de normas entre los fabricantes es relativamente nueva y las normas internacionales tendrán que seguir este ritmo frenético de desarrollo si queremos que los vehículos eléctricos de pila de combustible y batería sean una realidad duradera en nuestras calles y carreteras.