Motor Mouth responde a todas sus preguntas sobre el hidrógeno

Los lectores tenían un montón de preguntas sobre nuestro panel más reciente Conduciendo hacia el futuro; aquí respondemos a las que no pudimos incluir en el programa.

Tal vez sea mi propensión a alentar a los desvalidos. Lo más probable es que se adhiera al principio de ingeniería de que una solución rara vez se adapta a todas las circunstancias. Realmente, sin embargo, sospecho que es tan simple como detestar estar sentado en las estaciones de servicio, tirando de mi pud, esperando que se recargue una maldita batería.

En cualquier caso, tengo debilidad por el hidrógeno como combustible para aviones, trenes y automóviles (sin mencionar las motocicletas y las carretillas elevadoras ocasionales). De ahí mi entusiasmo de que el hidrógeno como combustible de transporte esté experimentando un renacimiento últimamente, con casos de producción y uso que se multiplican más rápido que en cualquier otro momento de la historia reciente.

En otras palabras, qué momento perfecto para un panel sobre el renacimiento del hidrógeno conduciendo hacia el futuro que analiza todas las tecnologías que pueden producir hidrógeno, así como las diferentes formas en que puede impulsar esos aviones, trenes y automóviles. Con invitados increíblemente informados: Jessica Verhagen de Hydra Energy; Craig Scott de Toyota Norteamérica; Jeff Grant de HTEC; y Nasir Mahmood del Royal Melbourne Institute of Technology, brindando explicaciones verdaderamente perspicaces de los beneficios y desafíos que enfrenta el futuro de la economía del hidrógeno. Lo único que lamenta Driving es que solo tuvimos una hora para responder a todas sus preguntas.

Para compensar eso, responderemos tantas de sus consultas sobre el uso de hidrógeno como combustible para vehículos como los editores consideren oportuno imprimir. Entonces, sin más preámbulos, aquí están las respuestas a las mejores preguntas que envió a nuestro panel de Hydrogen Revival.

Pablo Starrpreguntó:

Bueno, Chris, según Jeff Grant, vicepresidente de HTEC y ex director de Zen Clean Energy Solutions, el agua emitida a través del escape del vehículo, el único "contaminante", por cierto, producido por un vehículo de celda de combustible, está en el forma de vapor de agua. Como tal, la temperatura del agua es bastante alta y es poco probable que se congele en las líneas del vehículo. Además, dice Grant, cuando se apagan, los FCEV tienen un mecanismo para purgar toda el agua restante en sus líneas para evitar la congelación. Mientras tanto, Toyota ha realizado pruebas exhaustivas en Canadá y, a bajas temperaturas, consideró que el efecto del vapor de agua era similar al de los vehículos convencionales. De hecho, dice Jackie Birdsall, gerente sénior de ingeniería de celdas de combustible de Toyota para Toyota Motor North America, "Nos juzgamos a nosotros mismos mejor que el diesel detrás del cual estábamos atrapados en la fila en el autocine de Tim Horton". También vale la pena señalar que los FCEV también se adaptan mejor a los fríos inviernos de Canadá que los EV, ya que su alcance y eficiencia energética no se ven tan comprometidos a temperaturas más bajas.

Lo mismo se aplica cuando se utiliza hidrógeno para alimentar la combustión interna. De acuerdo con Jessica Verhagen, directora ejecutiva de Hydra Energy, que convierte los camiones grandes que funcionan con diésel en hidrógeno, "nuestra empresa ha estado en la carretera con camiones convertidos a hidrógeno desde 2016 en el noreste de Columbia Británica, con temperaturas de hasta -46 grados centígrados, y no ha tenido ningún impacto en el rendimiento. Los vehículos que funcionan con baterías, por otro lado, comienzan a perder autonomía a -10 grados C". Hydra dice que eso se debe a que el hidrógeno permanece en estado gaseoso hasta -252,9 grados C, lo que significa que, salvo una catástrofe real de The Day After Tomorrow, no hay riesgo de congelación. También significa que los camiones de Hydra no requieren equipo de calefacción especial, mientras que los BEV requieren calentadores de batería para mantener una eficiencia óptima.

Pablo, una fuente de consultas, también preguntó:

Según Grant, quien también solía trabajar en Ballard y por lo tanto sabe un par de cosas sobre los FCEV, "una celda de combustible es un dispositivo de conversión de energía, mientras que una batería es un dispositivo de almacenamiento de energía, por lo que la degradación es muy diferente. Por lo general, el final de la vida útil de un motor de celda de combustible está determinado por un cambio en la eficiencia del motor de celda de combustible y el consiguiente ahorro de combustible del vehículo. con sus contrapartes con motor de combustión interna. Esto se debe a la falta de partes móviles en el motor, lo que hace que el motor no se deteriore tan rápido. Además, en comparación con los BEV, la batería [de búfer del FCEV] es más pequeña y cualquier degradación tienen menos impacto a largo plazo, ya que el suministro de combustible H2 y la celda de combustible lo cargan continuamente".

Por supuesto,boca motoraluego tenía una pregunta de seguimiento propia:

El vicepresidente de soluciones de transporte de HTEC dice que, para la mayoría de los vehículos de pasajeros, la pila de celdas de combustible durará la vida útil del vehículo. Para algunas aplicaciones de servicio pesado, como los autobuses que se espera que tengan una expectativa de vida de 40 000 horas, puede haber un reemplazo a mitad de vida de uno de los componentes de la celda de combustible (el conjunto de electrodos de membrana). Esto, dice Grant, es similar a una revisión del motor de mediana edad en un motor diesel regular.

Tudor Daviespreguntó:

Grant dice que el modelo de la industria muestra que la fabricación de un motor de celda de combustible y el almacenamiento de hidrógeno consumen menos energía que un módulo de batería equivalente con una potencia neta similar. Según el informe Evaluación del ciclo de vida de las celdas de combustible de Ballard, por ejemplo, "se generan un 75 por ciento menos de emisiones en la producción de un tren de potencia de celdas de combustible con un sistema de celdas de combustible de 85 kilovatios que con una batería de 350 kilovatios-hora". único sistema".

También vale la pena señalar, dice Grant, que hay "muchos menos" metales de tierras raras en una celda de combustible de membrana de intercambio de protones, aunque el catalizador requiere algo de platino. Sin embargo, a lo largo de los años, los fabricantes de celdas de combustible han reducido la cantidad de platino requerida, por lo que hoy en día una celda de combustible usa aproximadamente la misma cantidad que se encuentra en el convertidor catalítico de un automóvil convencional.

chico dubucpreguntó:

Guy, usar hidrógeno para alimentar un motor ICE es menos eficiente que bombearlo a través de una celda de combustible. Y, ya que estamos en el tema de la eficiencia energética, también tengamos en cuenta que un FCEV en sí mismo, dependiendo de quién esté haciendo el cálculo, es aproximadamente tres veces menos eficiente en el uso de la misma cantidad de electricidad que un vehículo alimentado por batería. En pocas palabras, si la eficiencia energética fuera el único criterio para juzgar los vehículos de cero emisiones, los BEV ganarían por un amplio margen y los ICE impulsados ​​por hidrógeno estarían en la parte inferior del tótem.

Excepto, por supuesto, que la eficiencia energética no es el único criterio, ni posiblemente el principal, para el transporte de vehículos. Si lo fuera, el Micra de Nissan, ahora descontinuado debido a la falta de ventas, sería el automóvil más popular en Canadá, no el F-150 de Ford. Para las flotas comerciales, como las que sirve Hydra, el reabastecimiento rápido de combustible de un tren motriz alimentado con hidrógeno es más importante que la eficiencia energética que podría ofrecer un semirremolque alimentado por batería, que también tardará horas en recargarse. Y requerirá algo así como un aumento de 10 veces en la densidad de energía de la batería antes de que los vehículos BEV de 18 ruedas puedan igualar la capacidad de carga útil de un camión comercial de pistón alimentado con diesel o hidrógeno.

Como lo ve Verhagen de Hydra, otras "eficiencias" son más atractivas para sus clientes. Por un lado, la conversión de motores diésel a hidrógeno permite a los clientes de flotas utilizar los activos que ya tienen, en lugar de comprar reemplazos significativamente más costosos, al tiempo que reducen su huella de carbono. Además, poder cambiar entre hidrógeno y diesel permite que sus camiones pesados ​​operen mientras se construye una infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno.

Si la eficiencia energética fuera el único criterio para juzgar los vehículos de cero emisiones, los BEV ganarían por un amplio margen, excepto, por supuesto, que la eficiencia energética no es el único criterio.

Más importante, entonces, es la cuestión de cómo se compara la eficiencia de un ICE alimentado con hidrógeno con su equivalente con motor diésel. Bueno, según la experiencia del mundo real de Hydra, los motores diésel comerciales convertidos para funcionar con un 40 % de hidrógeno (que pronto aumentará al 50 %) disfrutan de un aumento del dos al cinco por ciento en la eficiencia del combustible en comparación con el mismo camión. cuando funciona con 100 por ciento diésel. Esto lo confirma una empresa alemana, Keyou, que ha descubierto que los motores que funcionan con hidrógeno tienen eficiencias térmicas similares a las del diésel.

También vale la pena señalar que los mismos atributos (reabastecimiento de combustible rápido, mayor densidad de energía y mayor alcance durante el remolque en comparación con los equivalentes que funcionan con baterías) se aplican a los ICE de gasolina convertidos a hidrógeno. Una aplicación perfecta serían las camionetas pickup de tamaño completo que ofrecen mucho espacio para el almacenamiento de hidrógeno y que también sufren drásticamente en el rango de remolque cuando funcionan con iones de litio.

Neil Glazerquiere saber:

Neil, el único subproducto de una celda de combustible de hidrógeno es el agua. Los FCEV no producen óxidos de nitrógeno. Sin embargo, quemar hidrógeno en un motor de combustión interna sí lo hace. De hecho, dado que la combustión del hidrógeno es más caliente que los combustibles convencionales, se pensó que los ICE de hidrógeno emitirían más NOx. Sin embargo, según un documento SAE presentado recientemente por Hydra, sus centrales eléctricas con infusión de hidrógeno en realidad emiten menos NOx que los mismos camiones que funcionan con diésel puro. También producen menos partículas, lo que prolonga la vida útil de los filtros y catalizadores de sus camiones.

lucas tucciarone, obviamente detallista, preguntó:

Volviendo a la experiencia de Hydra nuevamente, Verhagen dice que los estándares de pureza dependen de la aplicación. Las celdas de combustible requieren "99,999 por ciento de hidrógeno a una presión de 700 bar, frente al 99,9 por ciento de Hydra a una presión de 350 bar". La pureza reducida requerida por los motores de encendido por compresión, por cierto, es una de las razones por las que el hidrógeno de Hydra puede tener un precio similar al del diésel.

Si bien aún estamos en el tema de la pureza, también vale la pena señalar que los vehículos con celdas de combustible también requieren filtros adicionales para el agua, el aire y el hidrógeno para evitar que las impurezas lleguen a la membrana. Además, los FCEV requieren una sección de humidificación, ya que el hidrógeno seco no puede ingresar a la celda de combustible.

En un frente similar,Raimundo Leuryquería saber:

Verhagen responde que "en nuestras instalaciones en Prince George, produciremos 3250 kilogramos por día a través de dos electrolizadores de cinco megavatios que están conectados a la red de energía hidroeléctrica baja en carbono de la Columbia Británica". Eso significa que un Toyota Mirai repostando en una estación de Hydra será tan ecológico como un Tesla. También vale la pena señalar que el 87 por ciento de la energía eléctrica de BC es hidroeléctrica, y el último 13 por ciento se divide casi por igual entre biomasa, gas natural y viento. En otras palabras, Raymond, las conversiones de diesel a hidrógeno de Hydra son realmente máquinas limpias, ecológicas y reductoras de carbono.

En una nota puramente práctica,amigo jeffpreguntó:

Grant, cuya empresa, HTEC, construye estaciones de servicio, responde: "El espacio que ocupa el dispensador en sí encaja junto con los dispensadores de gasolina y diésel existentes en una estación de servicio. La infraestructura de soporte ocupa un espacio pequeño que puede guardarse, separarse en el sitio del dispensador de combustible. Sin embargo, el tamaño y la ubicación del almacenamiento de hidrógeno y el equipo de la estación deben cumplir con varias regulaciones, lo que puede hacer que algunas ubicaciones sean más ideales que otras".

Colin Barfootpregunta:

Jessica dice: "Hydra usa fuertes tanques envueltos en fibra de carbono para almacenar hidrógeno en los camiones, y múltiples sensores de presión y válvulas de liberación. No hemos experimentado problemas de evaporación o fugas". HTEC está de acuerdo en que "no hay fugas significativas del hidrógeno gaseoso a alta presión almacenado en el vehículo", pero dice que "durante el transporte de líquidos hay algo de evaporación, pero esto se minimiza mediante el aislamiento y la mejora de las condiciones y la eficiencia del sistemas de almacenamiento".

Y eso es todo para las respuestas a sus preguntas enviadas. Gracias a todos por molestarse en leer hasta aquí. Un agradecimiento aún mayor a aquellos que vieron el panel The Hydrogen Revival. Espero que al responder a estas preguntas, haya abordado algunas de sus consultas. Por lo que vale, todas y cada una de las preguntas fueron leídas y ponderadas. Su deseo de obtener más información es humillante.

Los principales periodistas automotrices de Canadá con más de 20 años de experiencia en la cobertura de la industria.

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