Innovación en la tecnología de pila de combustible

El nuevo sistema de pila de combustible de Toyota está diseñado para camiones pesados, autobuses y aplicaciones ferroviarias y marítimas. A diferencia del Toyota Mirai, que se centra en vehículos de pasajeros, esta tercera generación se orienta hacia el sector del transporte pesado. Toyota asegura que este sistema es tan duradero como un motor diésel, lo que podría traducirse en menores costos de mantenimiento para los operadores de flotas, además de los evidentes beneficios medioambientales del hidrógeno.

Mejoras en eficiencia y autonomía

Una de las características destacadas de este sistema es una mejora del 20% en la eficiencia de combustible, lo que se traduce en un aumento del 20% en la autonomía. Esta mejora es crucial para aplicaciones de transporte de larga distancia, donde cada kilómetro adicional es valioso. Toyota ha estado probando esta tecnología en Japón, colaborando con socios industriales y gobiernos locales para expandir la infraestructura de hidrógeno.

Diseño compacto y adaptable

El sistema de pila de combustible ha sido diseñado para ser más pequeño y adaptable, lo que facilita su integración en una variedad de vehículos comerciales, automóviles de pasajeros e incluso generadores de energía estacionarios. Este diseño versátil podría acelerar la adopción del hidrógeno como fuente de energía principal en diversos sectores.

Colaboración con BMW

Toyota y BMW han fortalecido su colaboración para avanzar hacia una sociedad basada en el hidrógeno. Ambas compañías están desarrollando conjuntamente un sistema de pila de combustible de tercera generación que se instalará en modelos de ambos fabricantes, ofreciendo a los clientes una gama más amplia de vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV). BMW tiene previsto lanzar su primer FCEV producido en serie en 2028.

Proyectos innovadores en marcha

Además de los avances en vehículos, Toyota ha anunciado la puesta en marcha del primer sistema de producción “Tri-gen” del mundo en sus operaciones en el puerto de Long Beach, California. Esta tecnología produce electricidad renovable, hidrógeno renovable y agua a partir de biogás, y es un modelo de cómo la tecnología de pilas de combustible puede contribuir a reducir las emisiones en operaciones comerciales.

Desarrollo de la Hilux de pila de combustible

Toyota también está avanzando en el proyecto de la Hilux de pila de combustible de hidrógeno, que ha entrado en una nueva fase de desarrollo. Este proyecto forma parte del plan de Toyota para expandir el uso del hidrógeno, incluyendo una nueva tecnología de pila de combustible de tercera generación que ofrecerá una elevada densidad energética y una autonomía un 20% superior.

Desafíos y perspectivas futuras

A pesar de estos avances, Toyota enfrenta desafíos significativos en la adopción masiva de vehículos de hidrógeno. La infraestructura de repostaje de hidrógeno aún es limitada en muchas regiones, y los costos de producción de las pilas de combustible siguen siendo elevados. Sin embargo, la compañía está trabajando en reducir estos costos y en colaborar con gobiernos y otras empresas para expandir la infraestructura necesaria.

Compromiso con la sostenibilidad

Toyota ha sido pionera en tecnologías de movilidad sostenible, desde el lanzamiento del Prius, el primer vehículo híbrido de producción masiva, hasta el desarrollo continuo de vehículos de pila de combustible. La empresa está comprometida en reducir las emisiones de carbono y en ofrecer soluciones de transporte que sean tanto eficientes como ecológicas.

Conclusión

La introducción del sistema de pila de combustible de tercera generación de Toyota marca un paso importante hacia la adopción generalizada del hidrógeno en el sector del transporte. Con mejoras en durabilidad, eficiencia y adaptabilidad, este sistema tiene el potencial de transformar el panorama de los vehículos comerciales y más allá. A medida que Toyota continúa innovando y colaborando con otros líderes de la industria, el futuro del hidrógeno como fuente de energía limpia y sostenible parece cada vez más prometedor.

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Los autos eran innovadores: sedanes de lujo con interiores elegantes y pantallas futuristas. Eran ecológicos, con vapor de agua como único subproducto. Los reguladores estaban a favor, prometiendo grandes inversiones para la infraestructura de recarga. Apostar por el elemento más abundante del universo en la lucha contra la contaminación del aire y, eventualmente, el cambio climático, parecía una apuesta segura.

Pero a pesar de las decenas de miles de vehículos vendidos y los miles de millones de dólares gastados en combustible, esa apuesta aún no ha dado frutos. California sigue siendo el único estado en el país con algún tipo de infraestructura de recarga de hidrógeno, con menos de 50 estaciones en funcionamiento. Las ventas de vehículos han colapsado prácticamente: solo se vendieron 322 vehículos de celdas de combustible en el primer semestre de 2024, un 82% menos que el año pasado.

La infraestructura de recarga también parece estar al borde del colapso. Las estaciones están cerrando, y las que aún están en funcionamiento suelen estar fuera de servicio debido a problemas técnicos y escasez de combustible. El precio del hidrógeno sigue aumentando, ya que los problemas de producción y las escasez de suministro sacuden el mercado.

El CEO de Tesla, Elon Musk, calificó los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno como “absurdamente estúpidos”. Los críticos han desestimado el hidrógeno como una forma ineficiente e ilógica de descarbonizar el transporte. Después de todo, ya existen vehículos eléctricos con batería. Sin embargo, el hidrógeno aún tiene el potencial de cambiar las reglas del juego en la lucha contra el cambio climático, si podemos encontrar una mejor solución. A pesar de sus fracasos iniciales, grandes empresas aún están invirtiendo miles de millones de dólares en la tecnología. Los gobiernos están elaborando planes de infraestructura y aprobando créditos fiscales con la esperanza de brindar un apoyo.

Si las celdas de combustible de hidrógeno van a mantenerse, es hora de pensar en grande.

En el mar

El barco que se balancea en las aguas cerca de Wall Street no parece con los otros barcos que suelen poblar las congestionadas vías fluviales de Nueva York. Por un lado, no está expulsando humo de diésel como todos los contenedores de envío, petroleros y barcazas de basura. De hecho, no está emitiendo ninguna contaminación en absoluto.

El barco, llamado Energy Observer, es un elegante catamarán francés de 100 pies convertido con paneles solares, que absorben la luz solar para enviarla a las cuatro baterías de iones de litio que están debajo de la cubierta. Los paneles cubren casi toda la superficie del barco, por lo que debes usar botas especiales para subir a bordo, o simplemente ir descalzo.

En un día nublado del pasado abril, acababa de completar un viaje de siete años alrededor del mundo, visitando numerosos países para predicar el evangelio de la energía renovable. El Energy Observer es básicamente un laboratorio flotante, donde su tripulación de seis personas puede realizar experimentos sobre energía sostenible para demostrar cómo puede usarse para alimentar todo tipo de embarcaciones.

El barco produce toda la energía que necesita para navegar mediante tres métodos diferentes. El primero es la energía solar, a través de los paneles mencionados. El segundo es la energía eólica, generada a través de enormes mástiles que parecen dos perfiles aerodinámicos verticales. La tripulación los llama “alas oceánicas”, y proporcionan alrededor del 30% de la potencia de propulsión del barco y pueden moverlo hasta 12 nudos sin afectar el consumo de electricidad.

El tercero es el hidrógeno, que funciona así: El agua de mar se filtra a través del casco para ser desalada y purificada antes de que un electrolizador divida el H2O en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se convierte en electricidad gracias a una celda de combustible de Toyota, una versión similar de la tecnología utilizada en los sedanes de hidrógeno de la automotriz, que emiten vapor de agua en lugar de contaminación por carbono.

“El verdadero propósito del barco es producir hidrógeno a partir de una mezcla de energías renovables”, dijo George Conty, el simpático contramaestre suizo del barco.

El Energy Observer no es muy rápido, alcanzando solo 11 nudos, mucho más lento que un catamarán típico. Sus días de competencia han pasado, lo que tiene sentido ya que la velocidad no es la misión final del barco. Es un proyecto demostrativo para probar que el hidrógeno de fuentes renovables puede ser una alternativa viable al diésel y otros combustibles contaminantes usados en el mar.

El transporte marítimo representa alrededor del 3% de los gases de efecto invernadero, similar a la aviación. El transporte en general representa más de una cuarta parte de todas las emisiones que calientan el planeta. Descarbonizar el sector será un desafío monumental, y las baterías de iones de litio no pueden hacerlo solas.

El equipo del Energy Observer no está apostando solo por un catamarán de 100 pies para probar su punto. Un sucesor, un enorme barco de carga llamado Energy Observer 2, aún está en fase de planificación. Y si las empresas que respaldan el proyecto logran recaudar suficiente dinero para financiar su creación, tiene el potencial de demostrar que el hidrógeno líquido merece ser discutido junto a otras alternativas menos intensivas en carbono, como los biocombustibles, el amoníaco y el gas natural.

Una vez construido, el Energy Observer 2 podrá transportar 1,100 contenedores de 20 pies a lo largo de 1,800 millas náuticas — no es suficiente para una travesía transatlántica, pero sí para viajes intercontinentales. Al igual que su predecesor, el barco de carga también funcionará con celdas de combustible de hidrógeno proporcionadas por compañías automotrices como Toyota — solo que muchas más. Más de 100 celdas de combustible, utilizando más de 40 toneladas de hidrógeno líquido, generando aproximadamente 4.8 megavatios de potencia.

“Ningún proyecto en el mundo tiene este poder”, me dijo Victorien Erussard, el capitán del barco. Pero su empresa ya está encontrando problemas familiares con el costo y la infraestructura de recarga. No será una transición fácil. Se necesitarán más inversores, más seguidores y más verdaderos creyentes en el hidrógeno para que esto funcione.

“Muchos, muchos, muchos más barcos”, dijo Erussard.

Camiones

Pero también camiones — de los cuales General Motors sabe un par de cosas. Especialmente los de tamaño leviatán, lo suficientemente grandes como para manejar las cargas más pesadas.

GM fue uno de los primeros fabricantes de automóviles en incorporar una celda de combustible de hidrógeno en un vehículo. El Electrovan de 1966 de la compañía, un GMC Handi-Bus convertido con energía hidrógeno-oxígeno, podría alcanzar 70 mph y viajar 150 millas.

Hoy en día, los vehículos impulsados por celdas de combustible de la compañía se ven un poco diferentes. La división Hydrotec de GM está invirtiendo en camiones pesados — como equipos de minería, mezcladoras de cemento y tractores de terminal — así como en algunos de tamaño mediano. La idea es usar el hidrógeno para descarbonizar las industrias pesadas, que no son adecuadas para vehículos eléctricos con batería que tienen una carga lenta.

Incluso las profundas deficiencias en la recarga del hidrógeno podrían solucionarse fácilmente. Los camiones pesados suelen operar en espacios confinados, como sitios de construcción, almacenes, puertos y canteras. En esas circunstancias, las estaciones de recarga pueden ubicarse centralmente para atender una flota completa de vehículos de celdas de combustible de hidrógeno. No es necesario tener una estación de recarga de hidrógeno en cada esquina de la calle residencial.

La división Hydrotec de GM está invirtiendo en camiones pesados y medianos, y en celdas de combustible en paquetes de forma cúbica, llamados Power Cubes. Estos cubos, desarrollados junto a Honda, se pueden utilizar para alimentar varios vehículos diferentes e incluso para generadores de energía estacionarios para eventos al aire libre, reemplazando a los generadores diésel sucios utilizados en la actualidad.

Otros fabricantes de automóviles, como Toyota, se apresuraron demasiado en el mercado de vehículos de pasajeros antes de que la infraestructura de recarga estuviera en su lugar, dijo Freese. El Toyota Mirai, el primer vehículo de celda de combustible de serie presentado en 2014, puede haber sido un vehículo innovador en su momento, pero ahora es una carga para muchos de los propietarios.

“Quedó claro que esa no sería una experiencia muy gratificante”, dijo Freese. “La tecnología realmente se adapta mejor a los vehículos más pesados, aquellos que llevan cargas pesadas, recorren las distancias más largas y necesitan recargas muy rápidas.”

GM no ha lanzado un vehículo de celda de combustible para el mercado de consumidores, pero su empresa conjunta con Honda comenzó a producir celdas de combustible en masa en su planta de Michigan a principios de este año. La primera aplicación de esas celdas será un camión de entrega con celda de combustible que tendrá un alcance de alrededor de 400 millas y un tiempo de recarga de 10 minutos. Los primeros camiones están programados para ser entregados a finales de este año o principios del próximo.

General Motors también se ha asociado con Navistar, un fabricante de camiones pesados, y el proveedor de tecnología de celdas de combustible, AVL. La compañía también está trabajando en un camión con un sistema de celdas de combustible que podría reemplazar el uso de diésel para algunas aplicaciones comerciales de transporte de carga.

Aunque la promesa de los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno para el mercado de consumo sigue siendo incierta, el hidrógeno está encontrando aplicaciones en otros lugares. Los camiones pesados, los barcos y otras industrias pesadas se benefician de las ventajas del hidrógeno, como la recarga rápida y el alto rango. A medida que las tecnologías continúen evolucionando y la infraestructura de recarga mejore, el hidrógeno podría desempeñar un papel más importante en la descarbonización de la industria y el transporte.

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Las células de combustible de hidrógeno utilizan hidrógeno comprimido como combustible, liberando vapor de agua como su única emisión. Varios fabricantes de automóviles han aprovechado recientemente la tecnología por sus ventajas en el desarrollo de vehículos pesados y generadores de energía móviles, y como una forma de continuar la transición lejos de los vehículos a gas contaminantes.

Las células de combustible de hidrógeno utilizan hidrógeno comprimido como combustible, liberando vapor de agua como su única emisión FCSM, que significa “Fabricación de Sistemas de Células de Combustible”, fue establecida en 2017 como una empresa conjunta entre GM y Honda. Los dos fabricantes de automóviles también han colaborado en vehículos eléctricos de batería, incluyendo el Honda Prologue, Acura ZDX y el Cruise Origin.

La instalación de 70,000 pies cuadrados de FCSM en Brownstown, Michigan, fue construida con una inversión conjunta de $83 millones por parte de GM y Honda. Las compañías la llaman “la primera empresa conjunta de fabricación a gran escala para construir células de combustible”.

El hidrógeno ha encontrado poco éxito en el mercado de automóviles de pasajeros. Honda fue una de las únicas compañías en vender un automóvil con hidrógeno: el Clarity, antes de que fuera descontinuado en 2017. El problema proviene de la casi total ausencia de una infraestructura de repostaje. Ahora, los fabricantes de automóviles están cambiando hacia camiones de trabajo y equipos de construcción, teorizando que será más fácil construir estaciones de repostaje de hidrógeno para vehículos que operan en áreas confinadas.

El contenido energético del hidrógeno por volumen es bajo, lo que hace que almacenar hidrógeno sea un desafío porque requiere altas presiones, bajas temperaturas o procesos químicos para ser almacenados de manera compacta. Superar este desafío es importante para los vehículos livianos porque a menudo tienen una capacidad de tamaño y peso limitada para el almacenamiento de combustible.

La administración Biden propuso recientemente nuevas pautas fiscales destinadas a hacer más barata la producción de hidrógeno como una alternativa menos contaminante a los combustibles fósiles. El problema, sin embargo, es que la mayoría del hidrógeno se produce con la ayuda de combustibles fósiles, principalmente a través de un proceso llamado reformado de metano con vapor que produce emisiones de dióxido de carbono. El metano es un gas de efecto invernadero aún más potente que el CO2 y rutinariamente escapa a lo largo de la cadena de suministro, desde la producción hasta el uso final.

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