14 de septiembre de 2008

El coche a hidrógeno



En verdad, no deja de ser una variante del coche eléctrico que presentábamos en las entradas de hace unos días:
El coche a pilas
El coche a pilas II

La corriente eléctrica necesaria para mover el motor eléctrico que anima el automóvil, puede ser suministrada por unas baterías, o por una célula de combustible. La función de la célula de combustible es hacer reaccionar el hidrógeno embarcado en el vehículo con aire de la atmósfera para producir esa energía eléctrica que precisamos.

Bien, vamos a tratar de éste último caso, y ponerlo en relación con sus alternativas de baterías, híbridos y convencionales.

Lo primero que tenemos que hacer es producir ese hidrógeno para meterlo en el depósito de nuestro coche.

Actualmente, la inmensa mayoría del hidrógeno que se produce (como subproducto en la fabricación de amoniaco para fertilizantes) en la industria, es a partir del gas natural (steam reforming). También podemos obtener hidrógeno a partir del petróleo (oxidación parcial), carbón (gasificación), arenas bituminosas y otros residuos pesados de la extracción del crudo.

Estos procesos tienen dos grandes inconvenientes. A saber:

  1. Seguimos dependiendo de los hidrocarburos: petróleo y gas. Con unas reservas mundiales que sólo nos dan para seguir tirando unas pocas décadas, no parece que sea la alternativa más inteligente ni económica a medio plazo, con unas cotizaciones que fluctúan a la par que las del petróleo.
  2. En estos procesos, se libera CO2. Y mucho, tanto como si obtuviésemos energía quemándolo directamente.


Así que, para seguir esclavizados al oro negro, y seguir envenenando la atmósfera, seguimos con nuestro querido motor de combustión interna y nos ahorramos quebraderos de cabeza.

Está claro que, si queremos que la economía del hidrógeno tenga éxito, hemos de obtener hidrógeno de una fuente inagotable: el agua.

Haciendo pasar una corriente eléctrica por el agua, ésta se disocia en sus dos constituyentes: hidrógeno y oxígeno. A este proceso se le denomina electrólisis del agua.

El problema es que es un proceso con un rendimiento muy bajo, apenas del 65-70%, con un máximo teórico (inalcanzable) del 85%. Buena parte de la energía se disipa como calor.

A continuación, tenemos que comprimirlo o licuarlo (a temperaturas cercanas al cero Kelvin), para almacenarlo, transportarlo y trasvasarlo al depósito de nuestros vehículos sin que necesitemos un depósito que decuplique en tamaño el del propio coche.

Todo esto cuesta dinero y energía. Podemos asumir que el compresor trabaje con un rendimiento del 90%, y obviar el gasto en el transporte de combustible a las hidrogeneras, pues es algo que ha de hacerse también con la energía eléctrica o los combustibles.

Bien, ya tenemos nuestro coche lleno de hidrógeno. Arrancamos y nos ponemos en movimiento.

La célula de combustible, en su estadio actual de desarrollo, tiene rendimientos próximos al 50%. Muy poco, pensaréis. Bueno, es que la reacción H2+O2-->H2O es fuertemente exotérmica. Sólo la mitad de energía química que hay disponible en el hidrógeno la logramos transformar en electricidad, la otra mitad, se pierde en el ambiente en forma de calor.

Podríamos incrementar el rendimiento usando oxígeno puro, como en las naves espaciales. Pero claro, el aire es gratis y el oxígeno comprimido no. Entonces el proyecto ya se nos sale de madre, tanto en peso (dos depósitos) como en coste. Por no hablar de la peligrosidad de llevar un depósito de hidrógeno cerca de otro de oxígeno (como poner a un hincha del Betis al lado de uno del Sevilla).

El máximo teórico (inalcanzable), limitado por la Segunda Ley de la Termodinámica, es del 83%.

Otra forma de aumentar el rendimiento para acercarse al máximo teórico implica usar turbinas para recuperar el calor del vapor de escape. Vamos, una complejidad mecánica considerable, precisamente cuando una de las ventajas de los vehículos eléctricos es la reducción de partes móviles.

Por lo tanto, calculamos un rendimiento conjunto del proceso del 30%, con un máximo teórico del 70% (considerando que la compresión o crionización del hidrógeno tuviese un rendimiento del 100%, lo cual es absurdo).



Comparemos el rendimiento energético del vehículo a hidrógeno con el que vimos la semana pasada del coche a pilas.
La eficiencia del proceso de carga de las baterías es del 85%
La eficiencia del proceso de descarga de las baterías es del 95%
Luego el rendimiento golbal que podemos esperar de un vehículo a baterías es del 76%.
En el cálculo de este rendimiento, no he tomado en consideración el rendimiento del propio motor eléctrico, pues en ambos casos es el mismo (los dos usan un motor eléctrico, se diferencian en la forma en que suministran la electricidad).
Tampoco he tomado en consideración la energía que se pierde en el transporte, en ninguno de los dos casos (de incluirlo, le daría una nueva ventaja al vehículo a baterías).

Por lo tanto, en el estado actual de la tecnología tenemos un vehículo a hidrógeno con una eficiencia del 30% (sólo la tercera parte de la energía eléctrica que empleamos en disociar el hidrógeno acaba en los bornes del motor eléctrico). Y un vehículo a baterías con una eficiencia, hoy en día, del 76%.



Sin embargo, este no es el argumento más contundente para dar por muerto el coche a hidrógeno. El dato definitivo que sirve de clavo en su ataúd es que, por muchos años que pasen y dinero que se invierta, el vehículo de hidrógeno tiene un máximo de eficiencia teórico (hidrolizadores + célula de combustible) del 70%. Este máximo inalcanzable ya ha sido superado, a día de hoy, por los vehículos a baterías.

Por lo tanto, seguir invirtiendo en el vehículo de hidrógeno sólo tiene sentido como campaña de lavado de imagen por parte de las empresas automovilísticas. Es una de las formas más ineficientes y caras de reducir el impacto del transporte en la producción de CO2.

Sin embargo, es la preferida de algunos gobiernos, con la administración Bush a la cabeza (se detuvo el desarrollo del coche a baterías por darle prioridad a la célula de combustible).
¿por qué?
Mi respuesta, como malpensado y resentido que soy:
Porque las células de combustible no sólo trabajan con hidrógeno, sino que también pueden trabajar con METANOL. Este alcohol puede ser producido a partir del petróleo, del gas natural, o de cultivos industriales (maíz, colza...).
Y el mismo hidrógeno, como hemos dicho anteriormente, se produce de forma más económica a partir de hidrocarburos (sólo el 4% de la producción mundial de hidrógeno es por electrólisis), y probablemente la distribución de hidrógeno usará la red de distribución de gasolineras ya existente.

En definitiva: con el hidrógeno podrán seguir haciendo negocio con nosotros, obligándonos a parar en las gasolineras-hidrogeneras; mientras que enchufando el coche a la red de casa, se les jode el negocio.

La finalidad de la economía capitalista NO es implementar soluciones eficientes, sino extraernos hasta el último céntimo, trasvasar dinero desde nuestro bolsillo a las arcas de las grandes corporaciones.



Bueno, dejémonos de divagaciones, y vamos a constatar con cifras reales de consumo la corrección de ese bosquejo de rendimientos que hemos hecho:

Consumo de energía eléctrica de la red doméstica del Tesla Roadster del 2008: 199Wh/Km
(insisto, no contamos las pérdidas en el transporte de esa electricidad)

Consumo de hidrógeno del primer vehículo a hidrógeno que va a ser producido en gran serie, el Honda FCX Clarity (foto de cabecera): 72 millas por kilogramo = 8,63E-3 kg/km

Sabemos que para producir 1kg de H2, se necesitan 50kW*h de electricidad.

Por lo tanto:
Consumo de energía del Honda FCX: 431Wh/Km

Teniendo en cuenta el rendimiento del compresor de hidrógeno (en torno al 90%)
Energía eléctrica consumida: 479Wh/Km
(sin contar el almacenamiento y transporte del hidrógeno, procesos caros e ineficientes).

Por lo tanto, podemos afirmar, con datos de consumo reales, que el Honda FCX Clarity es 2,4 veces más ineficiente energéticamente que el Tesla Roadster.


Contaminación:
Si en el caso de que la electricidad venga de plantas térmicas de carbón, calculamos que el coche a baterías podía generar tanto CO2 como un coche convencional, un vehículo con célula de hidrógeno emitiría más del doble de CO2 que un vehículo convencional.

Para el resto de fuentes de energía, haced vosotros mismos los cálculos, En sencillo, basta multiplicar las emisiones de CO2/agresiones al ecosistema imputables al coche a baterías, por un factor de 2,4.

Economía: De igual forma, como consume más del doble de electricidad (en planta) que el coche de baterías, el coste de operación de un coche a hidrógeno será como mínimo mayor en la misma proporción. Por lo tanto, estará al nivel de un coche de motor térmico convencional. Ello sin contar la muy costosa manipulación y distribución del hidrógeno líquido, en comparación con los combustibles convencionales o la electricidad para recargar las baterías.



Y ya para terminar. Os propongo un enlace-tipo del gran circo acientífico que hay montado en torno al hidrógeno:
Volkswagen presenta el nuevo Tiguan de hidrógeno en EEUU



Las compañías de automóviles crean en el conductor la necesidad de conducir ese paquebote. El mensaje es claro: ya puedes poseer nuestros coches con la conciencia tranquila; son ecológicos, no contaminan, son respetuosos con el medio ambiente.

Todo eso es basura.

Ese armatoste, tenga el motor que tenga, alimentado por cualquiera que sea la energía, SIEMPRE tendrá un mayor impacto ecológico que un coche pequeño. El consumo de energía para moverlo se dispara, y producir energía, de cualquiera de las formas que se os ocurra, siempre se hace a costa de degradar el medio natural. Pero no sólo eso, en su construcción se ha empleado mucha más energía y materias primas de las que harían falta para construir un vehículo racional. Y extraerlas implica consumir más energía y degradar aún más nuestro maltrecho planeta. Y al final, en el desguace, tendremos dos toneladas y pico de chatarra.

Las compañías harán todo lo que haga falta para que sigamos comprándoles coches grandes y caros. Las petroleras, para que no dejemos de visitar su red de estaciones de servicio.

Y ninguno de estos dos deseos es compatible con un futuro de movilidad sostenible.

11 comentarios:

wenmusic dijo...

Vaya.

Pensaba que los coches de hidrógeno eran una buena alternativa. Pensaba que como hay un montón de hidrógeno en el agua era factible este tipo de motor.

Una lástima. Supongo que si no es la mejor alternativa, será la que se acabe imponiendo. Por desgracia, hay mucho cabrón con poder al que le interesa ese tipo de cosas.

El mendigo dijo...

Pues como yo, compi, como yo.

En serio, escribiendo sobre el coche a pilas, me picó la curiosidad de comparar rendimientos.

Estuve recopilando información (joder, casi toda en inglés) sin saber cuál iba a ser el resultado. La verdad, he quedado bastante decepcionado con lo del hidrógeno, pues hasta hace unos pocos días, me parecía una buena idea. Pero claro, te pones a echar números, y las cuentas no cuadran. Es un despilfarrador energético.

Factible es, eh? Y de hecho ya hay coches funcionando (preseries y prototipos). Tiene problemas pero como toda tecnología que comienza (aunque la célula de combustible es más antigua que el motor de combustión interna, de nueva nada).

Las membranas son frágiles, se agrietan con los baches, si se resecan, si se calientan...y el platino que sirve de catalizador no es precisamente barato (se investiga con catalizadores más "baratos", como el oro o el paladio :p). De todas formas, si se empleasen todo el platino que existe en la tierra, sólo daría para una parte del parque móvil mundial.

Pero eso son dificultades que a buen seguro se podrían resolver. Ahora, el techo del rendimiento teórico...

Yo sólo espero que lleguen pronto los coches a baterías (Portugal ya ha firmado un acuerdo con Renault-Nissan), y que los Estados no le den el pastel en bandeja a una sola empresa, sino que dejen que el conjunto de la sociedad se beneficie de sus ventajas.

El mendigo dijo...

Sería muy interesante que reflexionásemos sobre esta noticia:

Un madrileño tarda de media 78 minutos en llegar al trabajo

También recordar que la ocupación media de los vehículos en España es de 1,3 (y se construyen monovolúmenes), y que el trayecto medio es de menos de 3Km (y se considera insuficiente un coche con 400Km de autonomía).

Como vengo repitiendo desde hace años: gasolina, gasóleo, a baterías, hidrógeno...usar el vehículo privado precisa de energía...y por lo tanto contamina.

Hay que reducir o eliminar los desplazamientos diarios. Y para ello se impone actuar sobre urbanismo (aumentar la densidad poblacional y organizar actividades por zonas), acometer reordenación del territorio en base a unidades de población de dimensiones humanas, fomentar el teletrabajo...

El modelo americano, en que vives a 50Km de tu trabajo, vas a recoger los niños a un colegio que está a 10Km y luego de compras a un centro comercial que está a otros tantos es absolutamente insostenible.

El modelo de urbanización, cada uno con su casita y su jardincito, que nos venden como ejemplo de calidad de vida, amenaza con destruir nuestro país tal y como lo conocemos y hacernos esclavos del vehículo privado.

Anónimo dijo...

Acaso el H2 se saca solo del petroleo o no se qué proceso del amoniaco ?
Estamos todos locos aquí que nadie menciona la electrólisis ?
Islandia tiene planeado una economia a base de H2, molinos eólicos mediante, NIUNA gota de CO2 a la atmosfera, por qué no mencionan la electrólisis como "fuente" de H2 ?

Alb dijo...

En la siguiente gráfica podéis ver el consumo de energía primaria y las emisiones de gases de efecto invernadero de las diferentes formas de obtener hidrógeno.

En la gráfica también se muestra el consumo de energía primaria y las emisiones de gases de efecto invernadero de los coches de gasolina y diésel.

Grafica consumo y emisiones del hidrogeno

¿Que ventajas medioambientales o económicas presenta el hidrógeno?

El hidrogeno es un timo

El mendigo dijo...

Al anónimo, no sé si mandarlo a la mierda directamente.

A nadie obligo a leer mi espacio. Pero joder, si alguien contesta, al menos podría tener la delicadeza de LEER el puto artículo sobre el que va a contestar.

Así que, majete...¿nadie menciona la electrólisis? Que has leído, ¿las dos primeras líneas? Joder, qué hastío me produce este tipo de gente. No me extraña que vivan en los mundos de Yupi, con lo poco que les gusta leer.


Por el contrario, me encanta cuando entra gente como Alb, con datos.

No estoy de acuerdo contigo, compañero. Al menos no puedo afirmar de forma tan tajante que el hidrógeno sea un timo. Es un vector energético más a tener en cuenta, y tendrá sus aplicaciones. Aunque el servir de sustituto a los combustibles fósiles no parece que jamás sea una de ellas.

Una cosa...¿de dónde has sacado esa gráfica? Parece interesante, pero a mi unos datos no me sirven de nada si no están avalados por una institución solvente. La de manipulaciones que se pueden hacer cuando alguien paga para "investigar" y "demostrar" lo que conviene a su negocio...
Pues eso, te agradecería que enlazases el artículo completo.

Un saludo!

Alb dijo...

Perdón, se me olvido citar la fuente:

http://ies.jrc.ec.europa.eu/WTW

Tienes razón en que hay infinidad de estudios y cada uno da los resultados que mas conviene a quien paga el estudio.

Para evitar esto se crean plataformas de investigación en las que participen todos los interesados.

En este estudio participan la Comisión Europea, EUCAR(en el que participan los principales fabricantes de automóviles) y Concawe(Asociación de productores de carburante).

Los intereses de una parte, quedan compensados con los interés de otra.

Por otra parte es un informe muy transparente. Puedes ver de donde sacan cada dato, y las suposiciones que han tomado.
Por lo que resulta difícil, amañar, favorecer o dirigir las conclusiones.

Como puedes ver es un documento muy extenso y contiene mucha información.

Es el mejor estudio que he encontrado sobre el tema y el que mas seguridad me da.(Aunque me interesa mucho el tema, no soy parte interesada)

Solo le veo una carencia, no hablan de los coches eléctricos enchufables(aunque si de los híbridos).

Matizare mi frase anterior:

El empleo de hidrógeno como vector energético en vehículos, resulta ineficiente y sus costes medioambientales, energéticos y económicos son mayores que mediante el empleo de combustibles fósiles.

La creencia generalizada de que estos vehículos suponen un beneficio para el medioambiente, es errónea.

El mendigo dijo...

Muchas gracias, Alb!

Tiene pinta de ser muy interesante. No imparcial (los fabricantes coinciden en intereses con las petroleras, al menos es lo que pienso yo) pero sí interesante.

A ver si de aquí a la próxima semana lo he leído y te comento.


En cuanto a tu matización...yo le añadiría un pequeño cambio:

El empleo de hidrógeno como vector energético en vehículos, resulta ineficiente y sus costes medioambientales, energéticos y económicos son EQUIVALENTES al empleo de combustibles fósiles.

Depende de cómo obtengamos el hidrógeno, los costes medioambientales y económicos serán superiores o inferiores (en relación inversa uno de otro) a un vehículo convencional.

Por otra parte, depende también de la energía invertida en la producción del petróleo. Como estoy seguro que sabes, cada vez está resultando más rentable extraer en yacimientos que se daban ya por agotados: incrementando la presión de bombeo y, por lo tanto, el coste energético de su extracción.

Lo principal no es debatir cifras. Es que quede claro que NINGÚN COCHE ES ECOLÓGICO. QUE TODOS SE MUEVEN CONSUMIENDO ENERGÍA, Y QUE GENERAR LA ENERGÍA DESTRUYE EL MEDIO NATURAL (las eólicas, hidroeléctricas y fotovoltáicas también, estas últimas más que cualquier otra).

QUE EL CAMINO NO ES TAL O CUAL TECNOLOGÍA. QUE EL ÚNICO CAMINO PARA EVITAR EL DESASTRE ES EL AHORRO.

Es decir, ir andando de casa al trabajo. Llevar a tus hijos al cole del barrio, y comprar en el super de la esquina.

Este es el único camino. Cualquier otro es insostenible. Con hidrógeno, baterías o criptonita. :p

Un saludo, Alb!

JavIndio dijo...

Muy buen articulo, tienes toda la razon desde el punto de vista tecnico y cientifico sin embargo creo que hay que mirar las cosas con un poco de perspectiva. Imagina que toda una ciudad se pone a cargar sus coches electricos por la noche, no habria infraestructura electrica en el mundo que soporte eso y ahi es donde entra el hidrogeno http://javienindia.blogspot.com/2009/11/i-have-dreamla-economia-del-hidrogeno.html
Como sabes el mayor problema de las energias renovables es que no se pueden almacenar, el hidrogeno se utiliza para almacenar esta energia y utilizarla cuando sea necesario, ademas se esta investigando mucho en formas de obtener hidrogeno, en Corea se ha conseguido obtener 1 kg de H2 con 5 KWh

El mendigo dijo...

Hola Javi!

Pero compañero, si tú mismo estás dando la solución. Las renovables son, en general, poco confiables y predecibles (no todas, las mareas son muy predecibles y la minihidráulica o biomasa podemos además disponer de ellas en el momento que queramos).

Entonces, tenemos que almacenar energía. ¿Cómo? Ahí están los coches eléctricos, para cargarlos por la noche e, incluso, que devuelvan la energía durante el día cuando no están en uso. Parece que el coche eléctrico ha nacido para mantener una relación simbiótica con la eólica! Además, incluso el usuario podría ganar un dinerito (consume energía barata en el valle y la revende cara en horas punta).

La idea es buena, ahora veremos cómo la desgracian los políticos para que las grandes compañías sigan forrándose vaciando nuestros bolsillos.

Las renovables sí que se pueden almacenar, y una forma muy eficiente (rendimientos de casi 0,9) es con baterías químicas. Hay otras, como por ejemplo centrales hidráulicas o de marea reversibles, aunque aquí el rendimiento cae (las bombas hidráulicas no son tan eficientes).

Una cosa, revisa los números porque no creo que los coreanos, por muy listos que sean (que me encanta ver cómo progresa, es el Japón del s.XXI), obtengan H2 (asumo que por electrólisis del agua) invirtiendo 5kW*h, cuando la energía cuando ese H2 se recombina es de 65kW*h.

Claro, si lo han obtenido a partir de amoniaco o algún alcohol o hidrocarburo, entonces sí. Pero claro, es que antes tenemos que partir de esa materia prima, y el proceso para obtener H2 libera CO2.

Vamos, que para quemar hidrógeno en una celda de combustible o en un motor térmico que haya sido creado a partir de hidrocarburos, para eso echamos ese hidrocarburo al depósito de nuestro coche y no nos complicamos la vida, tendremos mejor rendimiento y, por lo tanto, contaminaremos menos. ;)

Un saludo!

Anónimo dijo...

Hola Mendigo, soy Juan, me ha encantado tu articulo, es increible lo perverso que puede llegar a ser este sistema, supongo que tu habras visto este documental que pone el dedo el la herida:

http://www.foromotoselectricas.com/viewtopic.php?f=11&t=63


La administracion Bush se cargo en su dia de un plumazo el coche electrico y se invento el hidrogeno como cortina de humo, pero es que claro, el hidrogeno sigue dando de comer a las petroleras, manteniene el negocio gasolinero, los coches no cambian su dependencia de los mantenimientos y asi el looby petrolero y el automovilistico contentos.

Saludos.