Año: 2023

Mucha gente busca adoptar formas más limpias de movilidad, pero dudan en asociarse con los problemas que conlleva tener un vehículo eléctrico. Por ejemplo, los tiempos de carga en comparación con repostar un tanque lleno y la ansiedad por la autonomía asociada con los vehículos de la generación actual son algunos de los factores que están afectando esta transición.

Como alternativa, una tecnología libre de emisiones y sin largos tiempos de carga está ganando terreno poco a poco en el mundo del automóvil. Nos referimos a la propulsión eléctrica por hidrógeno , también llamada propulsión por pila de combustible.

En ese sentido, BMW ha completado las pruebas en climas cálidos de sus vehículos en su flota piloto iX5 Hydrogen, ayudando a demostrar la viabilidad de la tecnología en condiciones extremas. La prueba, realizada en los Emiratos Árabes Unidos, demostró que el sistema de propulsión de pila de combustible del vehículo funciona de manera óptima en presencia de arena y polvo, pendientes variables y cambios considerables de humedad, además de temperaturas que alcanzan los 45°C.

Coches de hidrógeno

Existe una distinción importante entre los vehículos de hidrógeno y otros vehículos eléctricos: los vehículos de hidrógeno generan su energía. Esto significa que, a diferencia de los coches totalmente eléctricos o los vehículos híbridos enchufables, que pueden cargarse desde una fuente de energía externa, no tienen una batería interna que les proporcione electricidad. En cambio, el hidrógeno del depósito de combustible se convierte en energía mediante una central eléctrica integrada en los automóviles de hidrógeno. La pila de combustible sirve como fuente de energía.

En una pila de combustible se produce un procedimiento llamado electrólisis inversa. En el proceso reaccionan el oxígeno y el hidrógeno. Mientras que el oxígeno se obtiene del aire circundante, el hidrógeno se obtiene de uno o más tanques dentro del vehículo. Esta reacción no produce ninguna emisión; los únicos productos son energía eléctrica, calor y agua, que se expulsan en forma de vapor de agua a través del escape, según BMW.

El iX5 Hydrogen de BMW demuestra su valía en las duras pruebas climáticas de los EAULa tecnología de los coches de hidrógeno de BMW
BMW

Al final, dependiendo de los requisitos de las condiciones de conducción particulares, la energía de la pila de combustible se produce de dos maneras. O va al motor eléctrico, que alimenta el coche directamente, o carga una batería, que sirve como reserva temporal de energía hasta que sea necesario conducir. Esta batería «búfer» es considerablemente más pequeña y ligera que la batería de un vehículo totalmente eléctrico. La pila de combustible también lo recarga continuamente.

El rápido tiempo de repostaje es la mayor ventaja competitiva de este tipo de vehículos, a diferencia de los tiempos de carga de los vehículos eléctricos , que dependen de ello. Por lo tanto, el vehículo y la infraestructura, el depósito de hidrógeno de un BMW iX5 Hydrogen, se pueden llenar en unos tres o cuatro minutos. Esto se debe a que contamos con la infraestructura necesaria para que esté disponible tanto en las principales autopistas como en las ciudades.

Además, la autonomía de los coches de hidrógeno no cambia con la temperatura ambiente, por lo que no se ve afectada por el frío. Este fenómeno se observa comúnmente con los vehículos eléctricos, ya que su autonomía está relacionada con sus temperaturas de funcionamiento.

Oferta práctica

Tomemos el caso del BMW iX5 Hydrogen; Utiliza la tecnología BMW eDrive de quinta generación y un sistema de pila de combustible con una potencia de 125 kW/170 CV. El motor eléctrico, la caja de cambios y la electrónica de potencia están alojados en una pequeña carcasa. Todo el sistema de propulsión tiene una potencia de 295 kW/401 caballos de fuerza, lo que es bastante potente para un vehículo de su clase.

Un par de tanques de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) de 700 bares almacenan el hidrógeno que la pila de combustible necesita para funcionar. Estos tanques pueden contener alrededor de seis kilogramos de hidrógeno cuando se combinan. Debido a su capacidad de almacenamiento, el BMW iX5 Hydrogen tiene una autonomía de ciclo WLTP de 313 millas (504 km).

Durante las pruebas, el equipo de desarrollo, ubicado en Múnich, analizó la capacidad de todos los sistemas eléctricos para funcionar en condiciones difíciles y la disponibilidad de potencia de refrigeración para permitir que el vehículo funcione a su máximo potencial.

Según BMW, está utilizando la flota piloto para ayudar al desarrollo de una infraestructura de repostaje que pueda utilizarse con tecnología de repostaje de 700 bares en todo tipo de vehículos, incluidos turismos, furgonetas pequeñas, autobuses y vehículos comerciales pesados. a nivel regional. «El objetivo es poner de relieve la utilidad cotidiana de los vehículos propulsados ​​por hidrógeno y, más allá de eso, adquirir conocimientos importantes para el desarrollo de un modelo potencial de producción en serie», según un comunicado del fabricante de automóviles alemán .

Stella Terra, el primer automóvil todoterreno del mundo impulsado por energía solar, completó su primer viaje importante recorriendo 620 millas (~1000 km) y llegando al desierto del Sahara, informó The Guardian . El equipo de estudiantes de la Universidad de Eindhoven detrás de este proyecto espera que la finalización exitosa del viaje inspire a los fabricantes de automóviles a fabricar más vehículos independientes de la infraestructura de carga en el futuro.

El equipo solar de Eindhoven (Países Bajos) no es ajeno a la construcción de vehículos impulsados ​​por energía solar. Anteriormente, Interesting Engineering informó sobre sus hazañas y éxitos en la construcción de una caravana con energía solar que realizó un viaje por carretera similar de 1242 millas (~2000 km) en 2021.

El equipo suele estar formado por jóvenes de entre 21 y 25 años que se toman un año libre en sus estudios para construir un automóvil altamente innovador que funciona con energía solar. Para la edición de este año, el equipo decidió fabricar un vehículo todoterreno sin infraestructura de carga convencional.

Stella Terra, el SUV solar todoterreno

Los SUV eléctricos ya no son nuevos en la industria automotriz. Varias empresas los están construyendo a escala comercial. En comparación con otros vehículos eléctricos, los SUV eléctricos necesitan baterías más grandes para funcionar, lo que aumenta su peso.

Solar Team Eindhoven asumió esto como un desafío y trabajó para diseñar un SUV que sea un 25 por ciento más liviano que un SUV promedio. El menor peso del vehículo significaría que la batería necesita menos trabajo para hacer funcionar el coche y puede ser más pequeña. Como la batería se podía cargar sobre la marcha, el equipo pudo instalar una más pequeña, reduciendo el peso del vehículo.

El proceso de diseño dio como resultado Stella Terra , un SUV que pesa 2645 libras (1200 kg) y tiene una autonomía de 390 millas (630 km) en un día soleado. El equipo de estudiantes diseñó el vehículo y algunos componentes desde cero. Como se trata de un vehículo todoterreno y los Países Bajos no ofrecían mucha variedad en cuanto a paisajes, el equipo decidió llevar el coche a Marruecos para realizar pruebas exhaustivas.

El viaje al Sáhara

Las capacidades todoterreno de los vehículos se pusieron a prueba durante todo el viaje mientras el vehículo biplaza recorría la escarpada cordillera del Rif, presentando algunos de los ascensos y descensos más empinados. En el sendero montañoso, Stella Terra visitó una de las ciudades más altas de Marruecos antes de dirigirse a las duras y arenosas pistas del desierto del Sahara.

El equipo enfrentó algunos contratiempos iniciales ya que la dirección se rompió temprano, pero se pudo solucionar con piezas disponibles localmente. Dado que el vehículo podía llevar a sus pasajeros a lugares remotos, el equipo también se aseguró de que los asientos del automóvil pudieran aplanarse para formar una cama cómoda y que los paneles solares pudieran generar suficiente energía para ayudar a cocinar, cargar un teléfono y no solo conducir el auto.

El convertidor construido para los paneles solares tenía una eficiencia del 97 por ciento a la hora de convertir la luz absorbida en energía eléctrica. Esto condujo a un aumento en el rendimiento y se descubrió que Stella Terra era un tercio más eficiente de lo que el equipo de construcción había planeado.

Los esfuerzos del Solar Team Eindhoven en la construcción de sus automóviles siempre van años por delante del mercado automotriz, y el equipo tiene la esperanza de que su reciente éxito anime a los fabricantes de automóviles tradicionales a fabricar vehículos más respetuosos con el medio ambiente y con carga independiente en el futuro.

A medida que el mundo avanza hacia el logro de los objetivos de cero emisiones netas, el combustible de hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas para promover esta transición lejos de los combustibles fósiles .

En ese sentido, un estudio realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Lund en Suecia propuso un combustible para automóviles hecho de un líquido convertido en hidrógeno mediante un catalizador sólido. Luego, el fluido desperdiciado se evacua del tanque y se carga con hidrógeno, después de lo cual puede reutilizarse en un sistema circular de cero emisiones.

El gas hidrógeno tiene una alta relación densidad de energía-peso de 33 kWh/kg (en comparación con los 13 kWh/kg de la gasolina y los 0,25 kWh/kg de las baterías de iones de litio, razón por la cual los automóviles eléctricos tienen una autonomía restringida).

Sin embargo, el hidrógeno es un gas con una densidad volumétrica extraordinariamente baja en condiciones atmosféricas, por lo que no es fácil de almacenar. Según el equipo, encontrar nuevos métodos de creación, almacenamiento y conversión de energía para minimizar las emisiones de dióxido de carbono procedentes de los combustibles fósiles es fundamental para mitigar el cambio climático.

Catalizador eficiente

Se ha propuesto que el hidrógeno se almacene en material líquido para mantener las importantes ventajas de los combustibles líquidos como la gasolina y el diésel, como la relativa seguridad, el rápido reabastecimiento de combustible, la alta densidad energética y la compatibilidad con la infraestructura actual. Estos portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC) deben fluir a través de un reactor catalítico, que libera hidrógeno y lo transporta a una pila de combustible.

Desde que existe el concepto de LOHC, el desafío que tenía ante sí el equipo era diseñar el catalizador más eficiente para extraer hidrógeno de un líquido. Su diseño es para funcionar con un líquido que ha sido «cargado» de hidrógeno. Los líquidos utilizados son isopropanol (un ingrediente común en los limpiadores de pantalla) y 4-metilpiperidina, pasados ​​a través de un catalizador sólido (complejo de pinza de iridio heterogenizado) que extrae hidrógeno. Esto luego se puede utilizar en una celda de combustible, transformando el combustible químico en energía mientras el líquido «gastado» se transfiere a otro tanque. El agua es la única emisión en este proceso.

Después de eso, el líquido desperdiciado puede descargarse en una estación de servicio antes de repostarlo con líquido nuevo cargado. Lo más probable es que esto implique una fabricación a gran escala del material, a una escala similar a la de las refinerías de petróleo actuales. «Convertimos más del 99 por ciento del gas hidrógeno que estaba presente en el líquido», dijo en un comunicado Ola Wendt, profesora del Departamento de Química de la Universidad de Lund y coautora del estudio .

Uso en vehículos más grandes.

Los investigadores también han calculado si el combustible se puede utilizar en vehículos de mayor tamaño, como autobuses, camiones y aviones. El equipo estimó que con los tanques más grandes que tienen, estos vehículos podrían recorrer casi la misma distancia que un tanque de diésel. También puede ayudar a convertir alrededor de un 50 por ciento más de energía que el hidrógeno comprimido.

Sin embargo, aún quedan algunos desafíos. Una es que el catalizador tiene una vida útil relativamente corta. Otra consideración es que el metal básico del catalizador, el iridio, es valioso. Sin embargo, los investigadores estiman que la cantidad necesaria sería de unos dos gramos de iridio por coche. La cantidad «podría compararse con los catalizadores de limpieza de gases de escape actuales, que contienen aproximadamente tres gramos de platino, paladio y rodio, que también son metales preciosos», afirmó Wendt.

El equipo también espera que se produzca más “hidrógeno verde” al dividir el agua con la ayuda de energía renovable. El uso de dicho hidrógeno hará que el proceso sea realmente más respetuoso con el clima. Por el contrario, se estima que el 98 por ciento de todo el hidrógeno producido actualmente es de origen fósil, derivado del gas natural. El resultado es dióxido de carbono.

Según el equipo, el método propuesto es sólo una solución técnica basada en una investigación fundamental. Si se opta por un producto completo, Wendt cree que el concepto podría estar listo en 10 años si es comercialmente viable y hay suficiente interés por parte de la sociedad.

El estudio se publica en la revista Chemistry Europe .

Abstracto

Para permitir el uso a gran escala de pilas de combustible de hidrógeno para aplicaciones de movilidad, se requieren métodos convenientes para el almacenamiento y liberación de hidrógeno a bordo. Un enfoque prometedor son los portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC), ya que son seguros, están disponibles a gran escala y son compatibles con la infraestructura de reabastecimiento de combustible existente. Normalmente, la deshidrogenación LOHC se lleva a cabo en reactores de tipo discontinuo mediante metales de transición y sus complejos y adolece de una cinética de liberación de H2 lenta y/o incapacidad para alcanzar una alta densidad de energía en peso, debido a la baja conversión o a la necesidad de diluir la mezcla de reacción. En este estudio, se utiliza un reactor de flujo continuo en combinación con un complejo de pinza de iridio heterogeneizado, lo que permite un enorme aumento en las tasas de deshidrogenación de LOHC. Por lo tanto, la deshidrogenación de isopropanol se realiza en un régimen que, en términos de densidad de energía gravimétrica, tasa de generación de hidrógeno y contenido de metales preciosos, es potencialmente compatible con aplicaciones en un automóvil propulsado por celdas de combustible.

En una carrera por cumplir las normas globales de emisiones y los objetivos de emisiones netas cero, la transición a los vehículos eléctricos avanza rápidamente en todo el mundo. Junto con los beneficios medioambientales, el coste de funcionamiento de estos vehículos también resulta rentable en comparación con los vehículos ICE con especificaciones similares.

Para promover la misión, el Ejército de EE. UU . está buscando lanzar un programa de creación de prototipos para desarrollar un vehículo de reconocimiento de luz eléctrica (eLRV) a partir del próximo año, según Defense News . Se esperaba que el ejército se retrasara en el cumplimiento de algunos de sus objetivos específicos relacionados con las emisiones.

La noticia fue confirmada por el Brig. General Luke Peterson, oficial ejecutivo del programa del servicio para apoyo de combate y servicios de combate. “Estamos listos para empezar a trabajar en ese programa. Será un esfuerzo de creación de prototipos, y aprenderemos de ello para ayudar a informar un documento de desarrollo de capacidades completamente desarrollado», dijo Peterson a Defense News.

El servicio publicó una estrategia climática en febrero de 2022 que describe varios objetivos, desde el despliegue de vehículos tácticos totalmente eléctricos para 2050 hasta la construcción de microrredes en todos los lugares para 2035.

En la tubería

El ejército ha estado trabajando en el proyecto desde hace algún tiempo, y la oficina del programa está realizando una investigación de mercado utilizando algunos fondos en el año fiscal 22 para poner las cosas en marcha. Este trabajo incluyó la compra de varios automóviles eléctricos comerciales para evaluarlos con respecto a la descripción de una misión operativa.

Según Peterson, su oficina ha colaborado con el Centro de Excelencia en Maniobras de Fort Moore, Georgia, para formular los requisitos operativos. El Ejército había autorizado previamente un documento abreviado de desarrollo de capacidades para el eLRV.

El servicio probó estas plataformas en sus instalaciones de pruebas en Grayling, Michigan. Según Peterson, eso se hizo para identificar cualquier brecha operativa o tecnológica que debamos tener en cuenta cuando establezcamos esta necesidad y lancemos este programa.

El Ejército examinó el Hummer EV de General Motors, una plataforma Canoo y un camión de Lordstown Motors para decidir si encargaría un modelo para el servicio. Después de las rondas iniciales de pruebas, el equipo ahora trabajará en la creación de un informe de prueba que ayudará en la fase de prototipo.

Plan híbrido

Para lograr sus objetivos de reducir los gases de efecto invernadero hasta en un 50 por ciento para 2032 y lograr un estado neto cero para 2050, el ejército planea combinar tecnologías de vehículos híbridos y totalmente eléctricos en su transición desde los combustibles fósiles.

Los vehículos eléctricos generalmente están limitados por los pesados ​​paquetes de baterías que les dan la autonomía deseada. Dadas las exigentes condiciones a las que deben someterse estos vehículos, la tecnología de los vehículos eléctricos debe avanzar más. Además, recargar estas baterías en entornos hostiles es el segundo aspecto de la ecuación. Según Peterson, ambos componentes requerirían más tiempo para resolverse, lo que haría más factible la transición a la electricidad híbrida en el corto plazo.

El oficial dijo que en este momento, se pueden considerar tecnologías de vehículos híbridos y totalmente eléctricos para el proyecto del prototipo. «Creo que todos creemos que el campo de batalla totalmente eléctrico y actual es probablemente exagerado dadas las capacidades de carga que se requerirían», dijo Peterson a Defense News.

Dicho esto, el eLRV probablemente sería el primer vehículo en unirse al ejército con esa capacidad en caso de que el ejército decidiera utilizar una plataforma totalmente eléctrica.