Estado del arte de la descarbonización del sector transporte mediante la tecnología del hidrógeno

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Estado del arte de la descarbonización del sector transporte mediante la tecnología del hidrógeno Autor: Leticia Álvarez Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 2 3 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Estado del arte de la descarbonización del sector transporte mediante la tecnología del hidrógeno Autor: Leticia Álvarez Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 4 5 Trabajo Fin de Grado: Estado del arte de la descarbonización del sector transporte mediante la tecnología del hidrógeno Autor: Leticia Álvarez Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2022 6 El Secretario del Tribunal 7 A mi familia A mis maestros A mis amigos 8 9 Agradecimientos A mi familia, y muy especialmente a mis padres por su gran apoyo. A mis compañeros por su ayuda durante estos años de carrera, y a todos los profesores de la carrera en especial a mi tutor, Francisco Javier Pino Lucena, que sin su ayuda no hubiera sido posible realizar este trabajo. 16 5.6 Emisiones 72 5.7 Precio 75 6 Conclusión 78 Bibliografía 80 17 ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL NACIONAL POR MEDIO DE TRANSPORTE EN TJ. FUENTE: (MITMA, 2020) .................... 29 TABLA 2: CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES PARA EL ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO. FUENTE: (FUNDACIÓN NATURGY) ..... 35 TABLA 3: CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE CADA UNA DE LAS TECNOLOGÍAS DE PILA DE COMBUSTIBLE. FUENTE: (FUNDACIÓN NATURGY) ............................................................................................................................................................ 41 TABLA 4: RESULTADO DE LAS PRUEBAS DE AUTONOMÍA PARA DIFERENTES MODELOS DE COCHES. FUENTE: (MOTOR1 NEWS) ... 64 TABLA 5: AUTONOMÍA Y CONSUMO PARA LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DEL HYUNDAI KONA. FUENTE: (HYUNDAI) ................ 65 TABLA 6: AUTONOMÍA MEDIA PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS. FUENTE: (ELABORACIÓN PROPIA) .......................... 66 TABLA 7: CARACTERÍSTICAS DE LOS PRINCIPALES COMBUSTIBLES. FUENTE: (ELABORACIÓN PROPIA) ........................................ 69 TABLA 8: PRECIO DE 2022 DE LOS DIFERENTES COCHES HYUNDAI. FUENTE: (HYUNDAI) ........................................................ 75 TABLA 9: COSTES DEL CICLO DE VIDA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS. FUENTE: (ELABORACIÓN PROPIA) ..................... 77 TABLA 10: COSTE TOTAL DE LOS DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS. FUENTE: (ELABORACIÓN PROPIA) ...................................... 77 18 19 ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1: PRODUCCIÓN GLOBAL DE COMBUSTIBLES FÓSILES. FUENTE: (INFORME SOBRE LA BRECHA DE PRODUCCIÓN 2021 RESUMEN, OBTENIDO DE PRODUCTIONGAP.ORG) ...................................................................................................... 25 FIGURA 2: FUENTES DE ENERGÍA PARA LA OBTENCIÓN DEL HIDRÓGENO ................................................................................ 31 FIGURA 3: MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DEL HIDRÓGENO. FUENTE: (ICAI) ............................................................................. 31 FIGURA 4: PROCESO DE REFORMADO PARA LA FABRICACIÓN DE HIDRÓGENO. FUENTE: ( FUNDACIÓN NATURGY) ..................... 33 FIGURA 5: ESQUEMA DE LA GENERACIÓN, DISTRIBUCIÓN Y USO FINAL DEL HIDRÓGENO. FUENTE: ( FUNDACIÓN NATURGY) ....... 37 FIGURA 6: FUNCIONAMIENTO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE. FUENTE (MOVILIDAD ELÉCTRICA OBTENIDO ELECTRICVEHICLESRESEARCH) .................................................................................................................................. 38 FIGURA 7: FUNCIONAMIENTO DE UN VEHÍCULO PROPULSADO POR HIDRÓGENO. FUENTE: (BMW). ........................................ 45 FIGURA 8: ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS HIDROGENEREAS E HIDROLINERAS. FUENTE: (FUNDACIÓN NATURGY) ......... 46 FIGURA 9: MAPA DE LA HIDROGENERAS EXISTENTES EN EL MUNDO. FUENTE: (H2STATIONS) ................................................. 47 FIGURA 10: HYUNDAI NEXO. FUENTE: (HYUNDAI) ............................................................................................................. 52 FIGURA 11: OBJETIVOS DEL DESPLIEGUE DE AUTOBÚS DE HIDRÓGENO EN EUROPA. FUENTE: (FUNDACIÓN NATURGY) .............. 54 FIGURA 12: AUTOBÚS TOYOTA SORA. FUENTE: (TOYOTA) .................................................................................................. 55 FIGURA 13: TECNOLOGÍA DE UN CAMIÓN PROPULSADO POR PILA DE COMBUSTIBLE DE HIDRÓGENO. FUENTE:( HYUNDAI) ......... 55 FIGURA 14: CATAMARÁN ENERGY OBSERVER. FUENTE: (ENERGY OBSERVER) ...................................................................... 57 FIGURA 15: FUNCIONAMIENTO DE UN TREN DE HIDRÓGENO. FUENTE: ( EL CONFIDENCIAL) ................................................... 58 FIGURA 16: AVIÓN AIRBUS BWB. FUENTE: (AIRBUS) ........................................................................................................ 60 FIGURA 17: AUTONOMÍA MEDIA Y MÁXIMA DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN VENTA EN EEUU DESDE 2011. FUENTE: (HÍBRIDOS Y ELÉCTRICOS) ....................................................................................................................................... 63 FIGURA 18: EFICIENCIA DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE VEHÍCULOS. FUENTE: (TRANSPORT AND ENVIROMENT) ................ 66 FIGURA 19: COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA DEL VEHÍCULO CONVENCIONAL CON LOS DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS. FUENTE: (ENERGÍA Y SOCIEDAD) ........................................................................................................... 68 FIGURA 20: INDICADOR DE INFRAESTRUCTURA DE RECARGA. FUENTE: (ANFAC) .................................................................. 71 FIGURA 21: ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD EN ESPAÑA POR FUENTES DE ENERGÍA. FUENTE: (HÍBRIDOS Y ELÉCTRICOS) .......................................................................................................................................................... 73 FIGURA 22: ESQUEMA DE LAS EMISIONES QUE EMITEN LA GAMA DE VEHÍCULOS VOLVO. FUENTE:( VOLVO CARS) .................... 74 20 NOTACIÓN 𝐻2 𝐻2O Hidrógeno Agua 𝐶𝐻4 Metano 𝐶𝑂. Óxido de carbono 𝐶𝑂2 Dióxido de carbono 𝑂2 UE TJ kW kWh IEA Oxígeno Unión Europea Tera Julios Kilovatio Kilovatio hora International Energy Agency FC Fuel Cell GEI Gases Efecto Invernadero PEM Proton Exghange Membrane AFC Alkaline Fuel Cells PAFC Phosphoric Acid Fuel Cells KOH Hidróxido de potasio MCFC Molten Carbonate Fuel Cells Li Litio Na Sodio K Potasio SOFC Solid Oxide Fuel Cells ICE Internal Combustion Engines FCEV Fuel Cell Electric Vehicle EE.SS EV Estación de Servicio Electric Vehicle BEV Battery Electric Vehicle HEV Hybrid Electric Vehicle PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle DGT Dirección General de Tráfico E-REV Extended Range Electric Vehicle GNL Gas Natural Licuado GNC Gas Natural Comprimido TFCS CUTE UNCTAD CNMC RFGI IPCC BWB WLPT Toyota Fuel Cell System Clean Urban Transport for Europe United Nations Conference on Trade and Development Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia Red Ferroviaria de Interés General Intergovernmental Panel on Climate Change Blended-Wind Body Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure 21 EPA ANFAC AEMA Environmental Protection Agency Agrupación Nacional de Fabricantes de Automóviles y Camiones Agencia Europea de Medio Ambiente 23 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Contexto histórico: El hidrógeno El hidrógeno, descubierto en 1766 por Henry Cavendish, y llamado así por Antoine Lavoisier en 1783, proviene de la unión de “hydro” (agua) y genes, esto es, generador de agua. Actualmente, se representa en la tabla periódica con el símbolo “H”, y constituye el elemento más abundante del universo (un 90% de su peso). Más adelante, en 1800, William Nicholson descubrió que al emplear una corriente eléctrica en el agua se podía conseguir hidrógeno y oxígeno. Y, en 1838, Christian Friedrich Schönbein descubrió los inicios de la pila de combustible, esto es, la obtención de la electricidad a través de la combinación de oxígeno e hidrógeno. Si embargo, no fue hasta 1842 cuando se desarrolló la primera celda de combustible capaz de crear energía eléctrica. El hidrógeno consiguió licuarse, por primera vez, gracias a James Dewar, en el año 1898, al usar refrigeración regenerativa. Dejando a un lado su contexto histórico, y centrándonos en el hidrógeno como elemento químico, podemos afirmar que nos encontramos ante el más simple y pequeño, ya que se integra únicamente por un protón y un electrón. Aunque, debido a su simplicidad estructural es el elemento que más abunda en el universo, en el planeta tierra se encuentra, únicamente, formando compuestos como el agua o los componentes de la mayor parte de las moléculas orgánicas, lo que obliga al desarrollo de la tecnología necesaria para separarlo de dichos compuestos. Las propiedades fisicoquímicas del hidrógeno pueden aportarnos innumerables beneficios, convirtiéndose es un eslabón fundamental de la cadena de valor. Entre otras, podemos destacar las siguientes ventajas de este elemento: • Es el único combustible que, durante su uso, no produce dióxido de carbono, debido a que su combinación con el oxígeno sólo produce agua. • Al ser un combustible renovable, sus reservas son inagotables. • Se puede almacenar físicamente de forma sencilla, como líquido, por ejemplo. El hidrógeno se concibe, fundamentalmente, como un vector energético, y no como una fuente de energía primaria (como por ejemplo los combustibles fósiles) ya que, al encontrarse el hidrógeno principalmente en forma de agua, se utiliza como medio para almacenar y transportar energía. 24 Podemos encontrar diferentes tipos de hidrógenos, basando su clasificación en la materia prima necesaria y a las emisiones de CO2 generadas para su obtención. Debido a su importancia, cabe destacar los siguientes tipos: • Hidrógeno renovable o hidrógeno verde, es aquel que se genera a partir de electricidad renovable, utilizando el agua como materia prima, a través de un proceso de electrólisis, es decir, la separación de las moléculas de agua para obtener hidrógeno y oxígeno. Este tipo de hidrógeno supone un 1% de la producción a nivel mundial. • Hidrógeno gris, obtenido a través de fuentes fósiles, como el gas natural u otros hidrocarburos ligeros (como el metano), pero sin capturar las emisiones contaminantes. En la actualidad, España consume un 99% de este tipo de hidrógeno. • Hidrógeno azul, su obtención es muy similar a la del hidrógeno gris, pero con la diferencia de que, en este tipo, se emplean técnicas de captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS) que permiten reducir hasta un 95% de las emisiones de 𝐶𝑂2 que se generan durante el proceso. A parte de lo anteriormente citados, podemos encontrar otros tipos de hidrógenos, como el hidrógeno negro o marrón (que sale de la materia prima del carbón, la energía nuclear o la electricidad de la red) que no se incluyen en la citada clasificación debido al impacto ambiental que genera en su producción y consumo. 1.2 Agotamiento de los combustibles fósiles Los combustibles fósiles constituyen el desencadenante de la grave crisis climática que vivimos a nivel mundial, y cuyos efectos, cada vez más patentes, están teniendo una grave incidencia en las facetas más elementales de nuestra vida como son la salud, los alimentos, el agua, la vivienda. Los combustibles fósiles aportan el grueso de la energía utilizada por los humanos para proporcionar iluminación, calefacción, refrigeración, suministro de agua, transporte, industria, etc. El consumo de esta energía se ha visto incrementado considerablemente en las sociedades modernas en los últimos años, lo que ha producido y está produciendo un importante agotamiento de los combustibles fósiles, como más adelante analizaremos. Este fenómeno ha trascendido el ámbito meramente científico, donde ya se venía advirtiendo sobre las consecuencias de la utilización masiva de estos combustibles, convirtiéndose en el centro de una polémica geopolítica, económica y social. El uso de ellos ha tenido y tiene una especial incidencia en el ámbito medio ambiental con especial repercusión en el cambio climático, lo que está generando una gran preocupación a nivel mundial. Las actividades que generan gases de efecto invernadero son diversas, pero hoy día lo que más preocupa es la emisión de CO2 asociada a la obtención de energía. Por consiguiente, el futuro de la emisión de estos gases dependerá de la evolución del uso que hagamos en mayor o menor medida de los combustibles fósiles. 25 La escasez de los combustibles fósiles y como consecuencia el aumento de la subida de los precios era una realidad, que ya se venía avanzando desde hacía tiempo y se ponía de manifiesto día a día, preocupando sobremanera a los gobiernos. No obstante, esta situación se ha visto enormemente agravada debido a la guerra de Ucrania, que ha provocado de manera repentina una subida desmesurada de los precios de estos combustibles y más importante, ha puesto de manifiesto que la dependencia de estos combustibles es por menos que insegura, inasequible e insostenible. Se sabe que Europa depende en términos energéticos del gas, y dejar de comprar gas ruso conllevaría un importante impacto en la economía del país. Sin embargo, no podemos obviar, que Europa puede ser independiente energéticamente de cualquier país, pues es capaz de producir su propia energía, además 100% renovable. Pero los pasos hacia la transición energética, la búsqueda de energía alternativas, no terminan de ver la luz. Así pues, resulta absolutamente imprescindible a los fines pretendidos que la transición energética sea una realidad a la mayor brevedad. En este apartado, convine traer a colación por su interés, las Conferencias Energéticas (Cera), celebradas en Texas. En el desarrollo de estas conferencias los directores ejecutivos de las grandes petroleras y sus grupos de presión propusieron rápidamente elevar la producción de petróleo y gas, eliminar los límites de la producción, flexibilizar normativas y revertir políticas que apuntan a reducir las emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, estas propuestas venían a chocar frontalmente con la amenaza que estaba suponiendo el cambio climático y el calentamiento global. Esta situación fue puesta de manifiesto en el “Informe de brechas de producción” (‘Production Gap Report’) de 2021, desde se proponía precisamente lo contrario: “Tenemos que ir cerrando pozos y minas, reducir la producción, no añadir más capacidad”. Figura 1: Producción global de combustibles fósiles. Fuente: (Informe sobre la Brecha de Producción 2021 Resumen, obtenido de productiongap.org) 32 reformado, proceso en el cual se producen óxidos de carbono como subproducto en forma gaseosa, produciendo 11 toneladas de 𝐶𝑂2 por cada tonelada de 𝐻2. Como alternativa a este proceso, hay una tecnología en fase de desarrollo que se conoce como pirólisis de metano, en la que se produce como residuo 3 toneladas de carbono por tonelada de 𝐻2. A este hidrógeno obtenido a partir de gas natural como se explica en la introducción se le conoce como hidrogeno gris. El precio del gas se ha disparado considerablemente desde el verano de 2021, afectando al coste de la producción de hidrógeno, pues con el precio del gas de 2019 costaba 1,5 euros producir un kilo de hidrógeno, mientras que con los precios actuales puede llegar a costar 4,10 euros el kilo de hidrógeno. 2.1.1.1 Procesos de reformado El reformado es el proceso más común para la producción de hidrógeno en la actualidad, representa el 50% de todos los procesos. El principio de funcionamiento se basa en la descomposición de la molécula de metano (𝐶𝐻4) en hidrógeno y óxidos de carbono (CO y 𝐶𝑂2). Para ello, se necesitan tres condiciones: altas temperaturas (700 ºC - 1100 ºC), un catalizador (normalmente níquel) y un agente oxidante (agua y/o aire), siendo el más empleado el agua. El proceso de reformado consta básicamente de 4 procesos como se puede ver en la figura 4, los cuales se explican a continuación: • Desulfuración: Proceso para eliminar las impurezas del gas natural. Se elimina más de un 99% del azufre que contiene el gas. • Reformado: El gas natural una vez libre de impurezas se mezcla con vapor de agua incrementando su temperatura hasta unos 900 ºC aproximadamente, se introduce en un lecho catalítico de níquel. De esta forma se obtiene el gas de síntesis (CO y 𝐻2). • Desplazamiento: Se pasa el gas de síntesis a la unidad de desplazamiento, donde se convierte el monóxido de carbono (CO) en dióxido de carbono (𝐶𝑂2) y se incremente el hidrógeno ( 𝐻2) final. • Purificación: En el purificador se separa el hidrógeno del gas de síntesis, que en su mayoría es 𝐶𝑂2 aunque también contiene 𝐶𝐻4 y CO. 33 Figura 4: Proceso de reformado para la fabricación de hidrógeno. Fuente: (Fundación Naturgy) Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes: 𝐶𝐻4+ 𝐻2𝑂 →𝐶𝑂+ 3 𝐻2 𝐶𝑂+ 𝐻2𝑂 →𝐶𝑂2+ 𝐻2} 𝐶𝐻4+ 2 𝐻2𝑂 →𝐶𝑂2+ 4 𝐻2 Se observa que por cada mol de 𝐶𝑂2 se genera 4 moles de 𝐻2. En cambio, al ser el peso molecular del hidrógeno muy bajo, en cantidades másicas se genera más dióxido de carbono que hidrógeno en cada reacción. Por lo que se genera más cantidad de producto indeseado, porque el dióxido de carbono contribuye a los gases de efecto invernadero. También se deben tener en cuenta las emisiones que se producen al quemar el combustible para obtener las temperaturas necesarias por el proceso. En resumen, se estima que por cada tonelada de hidrógeno producida se emiten entre nueve y once toneladas de 𝐶𝑂2. Varias plantas de reformado capturan el dióxido de carbono producido. Este hidrógeno se clasifica como gris o azul. 2.1.1.2 Pirólisis El pirólisis del gas metano consiste en la descomposición del 𝐶𝐻4 en hidrógeno y carbón, sin el uso de ningún agente oxidante (agua y/o aire), por lo que no se generan compuestos químicos como el CO y 𝐶𝑂2. El único residuo del proceso es el carbón en forma sólida (coque). El proceso es endotérmico (ΔH=+74.85 kJ/mol) y tiene lugar a temperaturas muy altas de 800-1.200°C. La reacción produce 2 moles de hidrógeno por cada molécula de carbón sólido: 𝐶𝐻4 (𝑔)→2𝐻2 (𝑔)+𝐶(𝑠) Se está desarrollando obtener la energía necesaria para la reacción mediante corriente eléctrica en lugar de térmica, de forma que el proceso se considere renovable. 34 2.1.2 Procesos a partir de agua 2.1.2.1 Electrólisis La electrólisis consiste en un proceso en el cual la energía eléctrica constituye la fuente principal para realizar las reacciones químicas del proceso y producir la rotura molecular. La electrólisis del agua, se emplea una diferencia de potencial eléctrico y una corriente continua de agua para la disociación de las moléculas de agua (𝐻2𝑂) en hidrógeno (𝐻2) y oxígeno (𝑂2), en estado gaseoso. Un electrolizador es un equipo electroquímico que convierte la energía eléctrica en energía química. En algunos casos se combina también con energía térmica al no trabajar a temperatura ambiente. De forma, que cuando se produce excedente de energía eléctrica renovable, se puede almacenar en forma de hidrógeno, denominándose hidrógeno verde. La reacción que se produce en este proceso es la siguiente: 𝐻2𝑂→1 2 𝑂2+ 𝐻2 2.1.2.2 Termólisis La termólisis se basa en la extracción de hidrógeno de la molécula de agua o hidrocarburo, utilizando fuentes de calor a temperaturas superiores a los 2.000 ºC. Cuando la fuente de calor provenga de la combustión se considera un proceso químico, en cambio sí proviene de una fuente externa como la energía solar o nuclear se considera termolítico. 𝐻2𝑂→1 2 𝑂2+ 𝐻2 para T > 2000 ºC Para alcanzar estas elevadas temperaturas sin desequilibrar los balances energéticos, los procesos de termólisis se realizan en hornos solares en infraestructuras muy costosas, reduciendo su rendimiento. 2.1.3 Otros procesos de obtención de hidrógeno Cabe destacar el proceso de gasificación, tanto de fuentes fósiles como por ejemplo el carbón, como de fuentes renovables como la biomasa. 2.1.3.1 Gasificación Es un proceso que convierte la materia orgánica en gas de síntesis (𝐻2, CO y 𝐶𝑂2), a diferencia de la pirólisis se utiliza una pequeña cantidad de agente oxidante (oxígeno, agua o aire), y se obtiene del proceso gas (CO, 𝐶𝑂2, 𝐻2 y 𝐶𝐻4) y residuo sólido (coque). El proceso tiene lugar a altas temperaturas entre 1.200 -1.400 ºC. Estas altas temperaturas se consiguen por la exotermicidad de la reacción y no es necesario el uso de un combustible externo a diferencia del reformado. La presión que se emplea en el proceso depende de la tecnología, aunque el rendimiento se incremente con el aumento de presión. 35 2.2 Almacenamiento Existen varios sistemas de almacenamiento de hidrógeno, pero presenta un gran reto debido a su baja densidad por unidad de volumen. Para incrementar la densidad volumétrica se emplean diferentes métodos, como la compresión, la licuefacción o la incorporación del hidrógeno en la superficie o interior de otros compuestos químicos. El hidrógeno como gas comprimido se utiliza en el almacenamiento de los vehículos, donde las estaciones de servicio disponen de tanques a alta presión, pero la energía que se utiliza es significativamente alta. El hidrógeno líquido aumenta la densidad de energía almacenada y permite que se transporte a gran escala a través de barcos o camiones cisterna. El consumo energético en el almacenamiento líquido es superior al de compresión. 2.2.1 Tanques de almacenamiento de hidrógeno comprimido. El hidrógeno gaseoso se almacena en recipientes de hidrógeno comprimido a una presión de 350 y 700 bar. Se almacena a temperatura ambiente aproximadamente. Los tanques se clasifican en función de los materiales que se utilizan para fabricarlos y la máxima presión admitida, como podemos ver en la Tabla 2. Tabla 2: Clasificación de los tanques para el almacenamiento del hidrógeno. Fuente: (Fundación Naturgy) 2.2.2 Tanques de hidrógeno líquido El almacenamiento de hidrógeno líquido constituye la base de la red de infraestructura industrial existente y de distribución. Se necesitan bajas temperaturas para su almacenamiento (-253 ºC), por lo que su aplicación a bordo de vehículos está en fase de desarrollo. Un tanque de hidrógeno líquido está diseñado para retener un líquido criogénico y no soportar presiones internas. Debido a esto el tanque debe estar completamente aislado para que la transferencia de calor que se produzca sea mínima. Pero el aislamiento nunca es perfecto por lo que un tanque de hidrógeno estacionario y que no ha sido utilizado en un largo periodo de tiempo 36 terminará agotándose. El hidrógeno criogénico es el sistema más eficiente por su densidad energética por volumen. Por este motivo el hidrógeno líquido a bajas presiones se utiliza para el transporte y almacenamiento de hidrógeno en grandes cantidades. 2.2.3 Materiales químicos El almacenamiento en materiales químicos se trata de la unión covalente en forma sólida o líquida con compuestos con una gran densidad de hidrógeno. De esta forma la naturaleza almacena y utiliza hidrógeno, por procesos biológicos catalizados por enzimas donde el hidrógeno se libera y une, esto se conoce como deshidrogenación e hidrogenación. La deshidrogenación se puede realizar hidrolíticamente por reacción con el agua o termolíticamente, es decir aportando calor al compuesto químico. Los metales y aleaciones como son el magnesio, titanio, hierro, manganeso, níquel o cromo forman hidruros metálicos con la existencia del hidrógeno. Los átomos de hidrógeno se empaquetan dentro de una estructura metálica, de esta forma se obtienen mayores densidades de almacenamiento volumétricas respecto al hidrógeno comprimido y líquido. Para formar hidruros metálicos es necesario la presencia de calor para poder absorber el hidrógeno, el cual se distribuye de manera compacta en toda la red de hidruros. La reacción es reversible y es determinada por la presión del hidrógeno. 2.3 Usos del hidrógeno: La pila de combustible Con relación al uso que se le puede dar al hidrogeno, las pilas de combustible constituyen una de las de más alta eficiencia, lo que permite una amplia implementación del uso del hidrogeno en muchos sectores, como el transporte, o en sistemas de cogeneración de electricidad y calor para industrias o edificios. El hidrogeno también puede ser utilizado en turbinas convencionales (hasta un 60%) o en turbinas especificas (hasta el 100%). El uso del hidrogeno en diferentes tipos de pilas de combustible, y en algunos casos en quemadores, permite alcanzar un alto nivel de descarbonización en los procesos industriales. 37 Figura 5: Esquema de la generación, distribución y uso final del hidrógeno. Fuente: (Fundación Naturgy) En el presente trabajo vamos a centrarnos en las pilas de combustibles y sus aplicaciones. Una pila de combustible (FC) es un dispositivo que permite generar electricidad a partir de la energía química del hidrógeno y el oxígeno sin que exista combustión. La pila de hidrogeno está formada por dos electrodos; el ánodo donde se subministra el hidrógeno y el cátodo donde se subministra el oxígeno. Entre los dos electrodos de la celda, ánodo y cátodo, se encuentra el electrolito, un aislante electrónico cuya función es separar los dos reactivos y permitir el transporte de iones. Por último, hablamos del catalizador; un material que se encarga de facilitar la reacción de hidrógeno y oxígeno la cual es necesaria para generar la electricidad. Cuando el hidrógeno (𝐻2) que entra en la pila entra en contacto con el catalizador, se separa en dos iones (H+) y dos electrones. Los electrones pasan a través del ánodo hasta el circuito externo generando corriente eléctrica y vuelven a la pila por la parte del cátodo. En el cátodo el oxígeno (𝑂2) pasa a través del catalizador y forma dos átomos de oxígeno cargados negativamente que atrae a los iones de hidrógeno (H+). Todo esto forma una molécula de agua (𝐻2𝑂) La reacción que se produce en el ánodo es de oxidación mientras que en el cátodo ocurre la de reducción: 𝐻2→2𝐻+2𝑒− 12 ⁄ 𝑂2+2𝐻+2𝑒−→𝑂2 − Al combinar las dos reacciones obtenemos la reacción de combustión directa del hidrógeno y oxígeno: 𝐻2+12 ⁄ 𝑂2→𝐻2𝑂 38 Figura 6: Funcionamiento de una pila de combustible. Fuente (Movilidad Eléctrica obtenido electricvehiclesresearch) Al igual que en las baterías, para obtener mayor voltaje y potencia las celdas se organizan en los llamados stacks. Para ello es necesario el uso de placas bipolares o interconectores cuya función es conectar eléctricamente en serie las celdas y separar los flujos de gases que se dirigen a las cámaras catódica y anódica. Las principales ventajas de las pilas de combustibles son: • Ayudan a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y de contaminantes atmosféricos ya el al utilizar el hidrógeno como combustible solo emite agua. • La pila de hidrógeno transforma la energía química en eléctrica de forma directa, por lo que es más eficiente que los motores de combustión dado que estos deben de transformas la energía química en calor, y este en energía mecánica provocando el llamado “cuello de botella térmico” • La elevada eficiencia de los procesos electroquímicos en los que se basa en comparación con los procesos de combustión. • Son versátiles y seguras, pues las celdas pueden adaptarse para producir energía tanto en forma de calor como de electricidad. 2.3.1 Tipos de pila de combustible Las pilas de combustible, por norma general se clasifican según el electrolito que utilizan. El tipo de electrolito determina el combustible requerido, el rango de temperaturas de operación de la celda, el tipo de reacciones químicas que tienen lugar y el tipo de catalizadores que requieren para que tenga lugar la reacción. Hay varios tipos de pilas de combustible con sus propias características y ventajas. A continuación, vamos a exponer las más comunes: • Las pilas de combustible de membrana polimérica (PEM) Estas pilas son las más utilizadas y las más viables para el transporte, utilizan una membrana polimérica como electrolito, el cual es un excelente conductor de protones. Al estar en estado sólido tiene 39 características de baja corrosión lo que da lugar a un bajo mantenimiento y una larga vida útil. Como ventaja estas pilas son capaces de entregar para una misma tensión mucha más corriente y, por tanto, más potencia que cualquier otro tipo de pila de combustible. Proporcionan altas densidades de corriente, mayores que las de otro tipo de pilas (exceptuando algunas pilas alcalinas). La temperatura típica ronda los 70 ºC, el cual es un valor bastante bajo por lo que pueden ser arrancadas rápidamente. Además, debido a la baja temperatura de operación no requiere aislamientos térmicos importantes. Como desventaja el calor que evacúan estas pilas en el circuito de refrigeración solo se puede aprovechar para calentar agua sanitaria o aplicaciones similares, ya que es de baja calidad. Por tanto, su eficiencia energética es menor que la de las pilas como las MCFC O SOFC. • Las pilas de combustible alcalinas (AFC) Estas pilas están basadas en un electrolito líquido alcalino (hidróxido potásico, KOH). La concentración de KOH varía en función de la temperatura de trabajo; a 50-80ºC se utiliza una disolución del 30-40% en peso, mientras que a 200ºC la disolución es del 85% en peso. La velocidad de reducción del oxígeno en medio alcalino es rápida por lo que no es necesario utilizar metales nobles en el cátodo y puede usarse elementos como el níquel, aunque en el ánodo es imprescindible utilizar platino. Esto hace que estas pilas sean las más baratas de fabricar. La eficiencia de este tipo de pilas es la más alta con respecto al resto de pilas, llegando a valores de hasta el 70%. Como principal desventaja, es que reacciona con el dióxido de carbono lo que disminuye considerablemente la vida útil de la pila. Para que la pila realice un correcto funcionamiento, el oxígeno utilizado debe de ser aislado previamente y esto supone un alto coste. • Las pilas de ácido fosfórico (PAFC) Este tipo de pilas utiliza ácido fosfórico concentrado como electrolito, retenido en una matriz de carburo de silicio. Tiene una temperatura de operación que ronda entre los 150 y 250ºC. Los electrodos son de platino con una alta sensibilidad al envenenamiento por monóxido de carbono. Las pilas PAFC operan en medio ácido, esto implica que la cinética de la reacción de reducción del oxígeno es más lenta que las pilas que operan en medio básico. El medio ácido favorece la corrosión de los electrodos y la agregación de las partículas de platino, esto supone una pérdida de la superficie útil del catalizador, por lo que es importante la preparación de los catalizadores. A parte de las pilas alcalinas, estas son las que tienen un mayor nivel de desarrollo tecnológico, con 40 una amplia utilización en aplicaciones estacionarias en fase de demostración. En la actualidad, estas pilas se comercializan de gran potencia (200 kW) con una vida útil superior a las cuarenta mil horas y una eficiencia eléctrica del 40%. Las pilas PAFC han sido las primeras en ser fabricadas y distribuidas a gran escala. • Las pilas de carbonatos fundidos (MCFC) Utilizan como electrolito una sal fundida de carbonatos alcalinos (LI, Na, K) retenidos en una matriz de aluminio de litio. Trabajan a temperaturas elevadas, superiores a 650 ºC. Además, mejoran sus prestaciones cuando trabajan a presión. Normalmente se utilizan materiales como el níquel o el aluminio para el ánodo, y óxido de níquel dopado con litio para el cátodo. No obstante, uno de los inconvenientes de las pilas MCFC es la corrosión y disolución gradual del cátodo en el electrolito. Admiten altas concentraciones de dióxido y monóxido de carbono por lo que son perfectas para la utilización de todo tipo de combustibles como pueden ser el biogás o el gas natural. Al ser pilas que trabajan con temperaturas elevadas, hacen que sea posible la cogeneración de electricidad mediante turbinas con los gases calientes que abandonan la pila, con lo que el rendimiento global aumenta de un 60% a un 85%, aproximadamente, en aplicaciones de 50 kW a 5 MW. Al estar el electrolito en estado líquido, estas pilas se utilizan en aplicaciones estacionarias. • Las basadas en óxidos sólidos cerámicos (SOFC) El electrolito utilizado es un óxido metálico no poroso que sea buen conductor iónico, normalmente óxido de zirconio estabilizado con óxido de ytrio. Para el cátodo se usan óxidos mixtos de manganeso, estroncio y lantano, o manganeso, estroncio, cobalto y hierro, los cuales presentan buena conductividad térmica. Para el ánodo se utiliza un material que está compuesto por un metal y un material cerámico constituido por níquel metálico y em mismo material del electrolito. Estas pilas trabajan a temperaturas muy elevadas, entre los 900-1000 ºC. Esto implica un aporte continuo de energía lo que supone una disminución de la eficiencia energética de la pila. Sin embargo, los gases a la salida de la pila también están a una temperatura muy elevada y pueden utilizarse para mover una turbina externa. Da lugar a un sistema híbrido que permite alcanzar valores de eficiencia energética de hasta el 90%. Las pilas SOFC nos proporcionan los rendimientos más elevados que se han conseguido jamás en la generación de electricidad. 41 La tabla 3 nos proporciona un resumen de las características de los tipos de pilas de combustible de hidrógeno descritas anteriormente. Tabla 3: Características principales de cada una de las tecnologías de pila de combustible. Fuente: (Fundación Naturgy) 2.3.2 Aplicaciones Las pilas de combustible de hidrógeno tienen una amplia variedad de aplicaciones: • Portátiles: Aplicaciones utilizadas para pequeños dispositivos electrónico como son los ordenadores, los teléfonos móviles o lo pequeños electrodomésticos. Se espera que este tipo de aplicación sea la que más relevancia tenga en los mercados. Como ventaja este sistema ofrece elevadas densidades de potencia y un peso reducid, lo cual nos proporciona una mayor autonomía frente a los actuales sistemas basados en baterías. En relación con el sistema de suministro de combustible, podría basarse en pequeños cartuchos de hidrógeno o con metanol líquido. • Estacionarias: Las pilas de combustible para generación de energía eléctrica pueden funcionar conectadas a la red como aplicaciones distribuidas en hospitales, empresas, zonas residenciales, o como sistemas auxiliares en casos de emergencia cuando falle el suministro principal. También son utilizadas de forma aislada, en zonas donde no es posible conectarse a la red de distribución. El calor que se produce durante su operación es utilizado para disponer de agua caliente o calefacción. El tipo de pila de combustible utilizada en las aplicaciones estacionarias dependen del tamaño de la aplicación. Podemos distinguir entre las estacionarias de grandes dimensiones, en la cual la tecnología PAFC ocupa en la actualidad una buena posición, y las estacionarias de reducidas dimensiones en las que destacan las tecnologías PEMFC y SOFC para el diseño de micro-redes eléctricas aisladas. 48 autonomía, las prestaciones y el precio final del vehículo. Existen muchos tipos de baterías, aunque las de ion litio se han colocado en primer lugar debido a sus características: no presentan memoria, son muy duraderas y pueden soportar muchos ciclos de carga. Existen varias alternativas de vehículos eléctricos, los cuales se explican a continuación: 3.2.1 Vehículo eléctrico de batería (BEV) Este tipo de vehículos se consideran puramente eléctricos, son propulsados únicamente por el motor o motores eléctricos que utilizan la energía eléctrica almacenada en el sistema de baterías interno. Su principal característica es que para su funcionamiento debe conectarse a la red eléctrica para poder recargar las baterías y tener autonomía suficiente. En comparación con los vehículos de combustión interna, son unos vehículos mucho más sencillos, pues contienen aproximadamente un 90% menos de piezas que los ICE. Esto hace que el mantenimiento y las reparaciones por posibles fallos técnicos sean mucho más sencillas. Alcanza eficiencias de hasta el 95% y además no emiten apenas ruido lo que ayuda a la contaminación acústica de las ciudades. Su principal inconveniente son las baterías, estas proporcionan una baja autonomía lo que hace que este tipo de vehículos sea utilizado para distancias cortas, además necesitan un alto tiempo de recarga y su precio actualmente es muy elevado. 3.2.2 Vehículo híbrido eléctrico (HEV) Como característica principal, estos vehículos poseen dos motores, uno de combustión interna y otro eléctrico, lo que reduce el consumo de combustible y las emisiones. Estos dos motores son capaces de funcionar conjuntamente o únicamente como eléctrico debido a las baterías. Si las baterías tienen suficiente energía almacenada funcionan únicamente con el motor eléctrico. Las baterías comienzan a descargarse hasta que llegan a un mínimo que es cuando comienza a funcionar el motor de combustión, hasta que las baterías vuelvan a tener energía suficiente. La función de los dos motores es reducir las emisiones de 𝐶𝑂2. Estos vehículos son muy complejos lo que hace que su precio de mercado aumente considerablemente. Las baterías utilizadas poseen menos capacidad que las del BEV, pues la energía que almacenan proviene del motor de combustión y de frenadas, no de la red eléctrica como ocurre en los vehículos puramente eléctricos por lo que no necesitan puntos de recarga. Poseen las mismas ventajas que los BEV, pero además al tener el motor de combustión la autonomía es mayor lo que les permite recorrer mayores distancias. 3.2.3 Vehículo híbrido eléctrico enchufable (PHEV) Al igual que los vehículos híbridos eléctricos, estos poseen dos motores, uno de combustión y otro eléctrico. Cuentan con un depósito de combustible, por lo general gasolina, y un sistema de baterías que a diferencia de los HEV se recargan enchufándolos a la red. 49 Las baterías de estos vehículos tienen mayor capacidad, por lo que permite que el tiempo de uso del motor eléctrico sea mayor. Por tanto, se ayuda a reducir la contaminación en mayor medida que los HEV. La DGT los considera vehículos cero emisiones otorgándoles la etiqueta medioambiental 0. Cuando se arranca el vehículo, la batería proporciona la energía, y cuando esta descargada o la energía almacenada no es suficiente se utiliza el motor de combustión. Como ventaja estos vehículos proporcionan la conducción suave y silenciosa que caracteriza a un eléctrico por ciudad o distancias cortas y el respaldo del motor de combustión para distancias largas. 3.2.4 Vehículo eléctrico de autonomía extendida (E-REV) Estos vehículos se pueden considerar vehículos eléctricos puros, con la excepción de que contienen una ayuda del motor de combustión. La gran diferencia con los híbridos es que, en los E-REV el motor de combustión no es capaz de mover por sí solo el coche. Su función consiste en alimentar la batería cuando esta descargada o con poca energía almacenada. Estos vehículos se recargan enchufándose a la red como los eléctricos. La capacidad del depósito de combustible suele ser pequeña ya que el gasto de combustible para alimentar al motor de combustión también lo es. A pesar del gasto de combustible y de las pequeñas emisiones de CO2 que ello conlleva estos vehículos presentan la etiqueta cero de la DGT. Esta tecnología presenta un alto grado de rendimiento y eficiencia. 3.3 Vehículo de combustión interna (ICE) Los vehículos de combustión interna son aquellos que tienen un motor térmico donde la energía mecánica necesaria para mover el vehículo se obtiene aprovechando la energía liberada en quema un combustible, pues dicha energía se transforma en trabajo, es decir, en movimiento. Los gases que produce el motor se expulsan a través del tubo de escape. Uno de los grandes inconvenientes la baja eficiencia que tienen, pues únicamente aprovechan el 30% de la energía producida, además de las altas emisiones que conlleva. La mayoría de los ICE utilizan gasolina o diésel como combustible, aunque el gas natural está empezando a coger forma debido a que tiene una mejor eficiencia y menores emisiones en la combustión. Este trabajo se va a centra únicamente en los vehículos convencionales con diésel o gasolina como combustible. El funcionamiento de estos motores se basa en la quema de un combustible (gasolina si es un ciclo Otto o diésel si es un ciclo Diésel), que debido a su explosión empuja a un pistón que se mueve de forma lineal dentro de un cilindro y hace que gire el cigüeñal para obtener como resultado el movimiento de rotación. La gasolina se mezcla con el aire fácilmente, por lo que se produce la combustión con una sola chispa. Como resultado, el motor de gasolina tiene una bujía para encender la mezcla de aire y gasolina. Dentro del cilindro tendremos elementos como son las válvulas, los pistones, bielas, etc, que es donde se realizan los cuatro tiempos del ciclo termodinámico: 50 1. Admisión: El pistón baja del cilindro y aspira la mezcla de aire y combustible por medio de la válvula de admisión. En este momento la válvula de salida está cerrada. 2. Compresión: Se cierran las dos válvulas, sube el pistón y se comprime la mezcla. (hay energía potencial). 3. Explosión: La bujía emite una chispa en la mezcla que produce la combustión. El pistón baja y produce el movimiento. 4. Escape: Sube el pistón y la válvula de escape se abre, para poder expulsar los gases que se producen en la explosión. Existen dos tipos de motores, los de cuatro tiempos y los de dos tiempos, pues se diferencia por el ciclo de trabajo que desempeñan: • Motor de 2 tiempos: El ciclo termodinámico se desarrolla en cuatro etapas (admisión, compresión, explosión y escape), llevándose a cabo en dos movimientos del pistón de manera lineal, es decir, la fase de admisión y compresión se producen a la vez, al igual que la de explosión y escape. Estos motores solo tienen una válvula que hace la función de admisión y de escape, son más simples y como característica, el aceite esta unido al combustible en una sola mezcla. • Motor de 4 tiempos: En estos motores, las cuatro fases del ciclo termodinámico se realizan por separado, por lo que hay una explosión cada dos vueltas del cigüeñal. Tienen válvula de admisión y de escape. El motor de cuatro tiempos es el que más se utilizan en los vehículos en la actualidad. La principal diferencia entre un ciclo Diésel y un Otto es la manera para lograr la explosión. En el ciclo otto es necesario una chispa para encender la mezcla del combustible con la gasolina, en el ciclo Diésel se comprime el aire sin haber inyectado el combustible. Una vez el aire este comprimido, se utilizan inyectores de combustible para rociar combustible en el cilindro sin tener la necesidad de generar una chispa. Los motores diésel no tienen bujía, por lo que deben tener relaciones de compresión más alta para que garantizar que la mezcla de aire y combustible se comprima lo suficiente para hacer un encendido. Otra de las diferencias importantes entre estos dos motores es que lo de gasolina pueden alcanzar eficiencias de hasta un 30 % como máximo, en cambio en los motores diésel de última generación se han alcanzado eficiencias del 45%, pero la media está en el 35%. Con respecto a la contaminación los motores de gasolina emiten monóxidos de carbono, dióxidos de carbono, óxidos de nitrógeno principalmente. A diferencia de los Diésel, estos emiten más óxidos de nitrógeno y menos óxidos de carbono. Siendo los óxidos de nitrógeno molécula muy peligrosas para los seres humanos. 51 4 SECTOR DEL TRANSPORTE En el sector del transporte, como se ha visto anteriormente, el hidrógeno funciona como combustible en los motores de combustión interna o a través de las pilas de combustible. La diferencia más importante es que en los motores de combustión, aunque el hidrógeno sea considerado renovable, al producirse la combustión a elevadas temperaturas se emiten gases contaminantes. Sin embargo, las pilas de combustible son una técnica neutra en emisiones, la cuál es la que se implementa en los proyectos desarrollados en la actualidad y se van a analizar en este presente proyecto. El hidrógeno juega un papel fundamental en la descarbonización del transporte, pues es uno de los tres vectores energéticos, compitiendo con el gas natural vehicular (GNL y GNC), biocombustibles (biometano) y la electrificación. Con respecto a la electrificación, como ventaje el hidrógeno presenta mayor autonomía y menos tiempo de recarga que los vehículos eléctricos de batería. Además, comparado con los biocombustibles, no necesitan grandes extensiones de terreno y minimiza el impacto en la calidad del aire. La falta de madurez de las tecnologías, el coste que conlleva y las pocas infraestructuras está siendo el gran inconveniente del hidrógeno en este sector, aunque está comenzando a cambiar, pues ya se han alcanzado más de 1,1 GW en el mercado de las pilas de combustible. Una estrategia que está funcionando para la implementación de esta nueva tecnología, ha sido la construcción de infraestructuras para flotas de servicio público local, asegurándose un número exacto de vehículos además de reducir los puntos de suministro ya que suelen realizar recorridos cíclicos. Las soluciones basadas en el hidrógeno dependen de la necesidad de cada medio de transporte, pudiendo implementarse mediante distintas soluciones al transporte ligero o pesado, ya sea terrestre, marítimo o incluso aéreo. 4.1 Transporte terrestre 4.1.1 Transporte Terrestre Ligero La descarbonización del transporte debe centrarse en el vehículo privado, pues sus emisiones suponen un 50% del total de las generadas por el sector. El ejemplo más claro es el coche eléctrico impulsado por la pila de combustible (FCEV), explicado en el capítulo 3. Debido a su elevada inversión final, actualmente tiene un rango de aplicación muy específico que requieren autonomías que justifiquen dicha inversión. Sin embargo, se espera a largo plazo un despliegue masivo, ya que se espera una reducción clara del coste del vehículo. 52 Los pioneros en el mercado español fueron el Toyota Mirai y el Hyundai Nexo. El Mirai tiene una pila de combustible con una potencia máxima de 114 kW, cuenta con una capacidad de 5,6 kg de hidrógeno y una autonomía de 650 km. Tarda en repostar unos 5 minutos aproximadamente y consume 0,8 kg de hidrógeno cada 100 km. Su precio parte de 65.000 euros. El Huyndai Nexo tiene una pila de combustible con una potencia de 95 kW una autonomía de 666 km y tarda en repostar 5 minutos. El consumo estimado es entre 0,8 y 1,2 kg de hidrógeno cada 100 km. Su precio es de 72.850 euros. Figura 10: Hyundai Nexo. Fuente: (Hyundai) También destaca el Honda Clarity el cual aún no ha llegado a España y que comenzó a comercializarse en varios mercados en el año 2016, el cual se encuentra en evolución pues ha dejado de producirse de momento ya que su éxito no fue el esperado porque su lanzamiento fue muy anticipado ya que la gran mayoría de mercados no contaba con infraestructuras de recarga. Cuenta con 580 km de autonomía, tardando 4 minutos en recargar. Se espera marcas saquen al mercado vehículos movidos por hidrógeno, aunque ya se han anunciado algunos modelos como son: • BMW i Hydrogen NEXT que se estima que podría llegar a comercializarse a principios de 2025 y que tiene como ventaja una autonomía similar a los motores de explosión, pues permite recorrer las mismas distancias que se hace con los motores térmicos sin tener que repostar hidrógeno. Cerca de 700 km de autonomía y entre 3 y 4 minutos de tiempo de recarga. • Se trata del fabricante británico Jaguar, pues está trabajando en el modelo Jaguar Land-Rover Defender (hidrógeno), acaba de empezar las pruebas en Reino Unido. Es un todo terreno que utilizara exclusivamente el hidrógeno como fuente de energía oxidando el hidrógeno para producir 53 electricidad mediante el proceso de electrólisis. Se trata de una tecnología con una alta densidad de energía, permite repostar de manera rápida y tiene pérdidas de eficiencia mínimas frente a escenarios de clima extremos. • La marca francesa Hopium, está llevando a cabo la fase final del desarrollo de su primer vehículo de hidrógeno, procedente de su modelo “Alpha 0”. Se anuncio a finales de 2020 y cuyo nombre definitivo es “Hopium Machina”, ya ha iniciado un proceso de reserva para las primeras 1.000 unidades. Cuenta con un tiempo de recarga de aproximadamente 3 minutos y su precio asciende a 120.000 € • Otro competidor presentado en el mercado es un coche biplaza llamado Rasa, de Riversimple una compañía galesa que pretende que este en el mercado en 2023 para lo que han recaudado 166 millones de euros. Uno de los grandes inconvenientes de esta tecnología es la escasez de infraestructuras de repostaje como se ve en el capítulo 3.1, pero además el elevado precio del hidrógeno como combustible pues puede ser el doble y hasta el triple o cuádruple del precio de repostaje de los vehículos de combustión interna y eléctricos. 4.1.2 Transporte Terrestre Pesado En el transporte terrestre pesado, que generalmente se trata de vehículos como autobuses o camiones de mercancía, el vehículo de pila de combustible de hidrógeno tiene ventaja frente al vehículo eléctrico debido a que presenta mayor autonomía y menor tiempo de recarga. Al igual que el transporte terrestre ligero suponía el 50% de las emisiones totales del sector del transporte, el terrestre ligero supone el 25% del sector. Sus características técnicas son similares a las del vehículo privado, en cambio se estima que su consumo sea entre 10 y 15 veces mayor, por lo que se emplea depósitos de 40-50 kg de hidrógeno. Los vehículos que operan en circuito cerrado como los autobuses urbanos o de larga distancia y los camiones de mercancías o recogida de residuos son ideales para impulsar las hidrogeneras y desplegar una flota de vehículos. Para este tipo de actividades los vehículos eléctricos no se presentan como la mejor solución, pues al tiempo de recarga hay que añadirle la necesidad de recargar cada 3 horas de trayecto, la autonomía es pequeña. En cuidades con grandes despliegues de cargadores, los vehículos ligeros al no necesitar tanta autonomía existen un rango de utilización del vehículo puramente eléctrico, en cambio los vehículos pesados, por lo general, no cumplen esta idea. El proyecto “JIVE” financiado por la Unión Europea pretende reemplazar los vehículos de combustible mediante la implantación de autobuses urbanos de pila de hidrógeno, desarrollando también las infraestructuras de recarga necesarias. El proyecto financia la diferencia de precio entre los vehículos de combustión y los vehículos de pila de combustible, cuyo coste se estima que se reduzca, pudiendo llegar a igualarse en los próximos 10 años. Esto ha colocado a Europa como el líder en la implantación de autobuses de hidrógeno. La figura 11 pretende ilustras los objetivos de algunos países europeos. 54 Figura 11: Objetivos del despliegue de autobús de hidrógeno en Europa. Fuente: (Fundación Naturgy) En 2015 Toyota firma un acuerdo con el Comité Olímpico Internacional en el que se convertía en el proveedor de autobuses de hidrógeno, servicios y soluciones para el transporte de personas. Dos años más tarde, Toyota presenta el coche Mirai y el autobús de hidrógeno Sora. Sora es el primer autobús de hidrógeno fabricado en grandes series, y en su interior cuenta con la tecnología TFCS (Toyota fuel cell system) que combina las pilas de combustible con la tecnología de los vehículos híbridos, ofreciendo mayor eficiencia que los vehículos de combustión interna. Como podemos ver en la figura 12, su forma no es rectangular como los autobuses convencionales, si no que presenta una forma estereoscópica. Es respetuoso con el medio ambiente y debido a la gran capacidad que presenta su sistema eléctrico puede llegar a ser utilizado como fuente de alimentación externa (9 kW de potencia máxima y suministro eléctrico de 235 kWh). 55 Figura 12: Autobús Toyota Sora. Fuente: (Toyota) En 2003, se probó en Madrid, convirtiéndose en una de las 9 cuidades que participo en el proyecto europeo CUTE (Transportes Urbanos Limpios para Europa), el primer prototipo de autobús de pila de combustible de hidrógeno. El proyecto se centraba en todas las aplicaciones de la economía del hidrógeno, con un presupuesto de 52 millones reforzo la competitividad de la industria europea en los ámbitos importantes del uso de hidrógeno. En cuanto a los camiones basados en pilas de combustibles los principales fabricantes en desarrollar esta tecnología han sido Toyota, Hyundai, Nikola y Mercedes-Benz. Hyundai y la compañía suiza H2 Energy crearon Hyundai Hydrogen Mobility (HHM), esta empresa está probando en Europa una flota de camiones Hyundai Xcient formada por 46 unidades. El camión Hyundai Xcien Fuel Cell está formado por dos pilas de combustible de 90 kW cada una y un motor eléctrico de 350 kW, además cuenta con 7 depósitos de hidrógeno con una capacidad total de 31 kg que tarde en recargarse entre 8 y 20 minutos, otorgándole una autonomía de 400 km, alcanza una velocidad máxima de 85 km/h. La figura 13 pretende ilustrar el funcionamiento del camión. Figura 13: Tecnología de un camión propulsado por pila de combustible de hidrógeno. Fuente:( Hyundai) 4.1.3 Transporte Marino y Fluvial Según las cifras aportadas por la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Transporte (UNCTAD) el transporte marítimo supone el 90% del comercio internacional, pues es el sector más importante en el mundo del transporte y el comercio mundial. Es el sector de transporte menos contaminante y a la vez el más concienciado para reducir sus emisiones. El objetivo de reducir sus emisiones comenzó con la implantación del doble casco y el estudio de combustibles que perjudicaran menos al medio ambiento como es el Gas Natural Licuado. Actualmente la tecnología del hidrógeno en el sector marítimo está en las primeras fases de desarrollo comercial, aunque ya se ha probado en la propulsión de embarcaciones de pequeño y mediano tamaño que 56 requieren menos energía que las grandes embarcaciones. El gran consumo de combustible necesario para las grandes embarcaciones puede llegar a alcanzar e incluso doblar la tonelada de hidrógeno diario, por lo que sería necesario licuar el hidrógeno a bordo, lo que requiere de tecnologías más complejas siendo un factor en contra para la transición. Sin embargo, se ha propuesto su uso como unidad de potencia auxiliar siendo su implementación más sencilla ya que no se necesita la criogenización del hidrógeno, ayudando a reducir las emisiones. En cuanto a embarcaciones de menor tamaño, como ferris, la tecnología está más desarrollada pues es similar al transporte terrestre. El Energy Observer es el primer barco de propulsión eléctrica que combina el uso de las energías renovables y un sistema de producción de hidrógeno sin carbono a base de agua de mar. Frédéric Dahirel y Victorien Erussard transformaron el barco con el objetivo de convertirlo en un laboratorio experimental autosuficiente para investigar el hidrógeno como vector energético. En 2017 comenzó la vuelta al mundo durante 6 años sin emitir gases de efecto invernadero gracias a las energías renovables y el sistema de producción de hidrógeno. Como muestra la figura 14, el Energy Observer cuenta con una plataforma de 202 𝑚2cubierta por paneles fotovoltaicos, la energía que generan dichos paneles se almacena en un sistema de baterías de ión-litio. Cuenta con dos velas Oceanwings, las cuales son de alas verticales de 12 m, con una superficie de 31,5 𝑚2 permitiendo un giro de 360º. Para ajustar su funcionamiento según las condiciones del viento se controlan a través de un ordenador. Cuando se mueve por la energía del viento, el agua hace girar una hélice hidrogeneradora conectada al motor eléctrico cuya energía se almacena también en el sistema ión-litio. El agua del mar se separa en hidrógeno y oxígeno a través de un proceso de electrólisis empleando la energía almacenada en las baterías. El hidrógeno es utilizado en las pilas de combustible (desarrolladas por Toyota) para alimentar el motor eléctrico. 57 Figura 14: Catamarán Energy Observer. Fuente: (Energy Observer) Kawasaki junto con la colaboración de Iwatani Corporation, Shell Japan y J-Power lanzaron el primer barco de hidrógeno líquido del mundo transportando 1.250 𝑚3 de hidrógeno líquido enfriado a 253º C bajo cero en contenedores aislados al vacío. Mide 116 metros, pero además funciona con motores Diesel, por lo que su energía no está libre de emisiones. En 2019 ABB presento el primer barco fluvial del mundo que funciona únicamente con pila de hidrógeno. El objetivo de estos proyectos es demostrar que las pilas de combustibles son una solución práctica y viable para impulsar embarcaciones medianas que transportan más de 100 pasajeros. Además, los puertos y aeropuertos son un punto clave para la transición energética con la implementación del hidrógeno. Suelen ser infraestructuras participadas por empresas tanto públicas como privadas, involucrando a empresas del sector energético y del transporte. La demanda de energía es muy elevada, pues funcionan las 24 horas del día los 365 días del año por lo que se convierten en un escenario perfecto para introducir el hidrógeno y ayudar a la transición energética. Existen numerosas oportunidades de descarbonización en los puertos y aeropuertos debido a sus numerosas actividades. Las grúas, remolcadores de contenedores y vehículos son algunos ejemplos los cuales consumen grandes cantidades de energía y actualmente funcionan con combustibles fósiles o empleando tecnologías híbridas. 4.1.4 Transporte Ferroviario El sector ferroviario tiene como característica que está prácticamente electrificado, pues según el informe de 64 • La prueba se realizó a las 11:30 horas • Todos los coches condujeron en el programa de conducción “normal” • El aire acondicionado estaba a una temperatura de 22ºC • La velocidad crucero fue de 130 km/h • Se demandaba una conducción siguiendo el tráfico y obviando frenadas y aceleraciones bruscas • Cuando se llegaba el 5% de carga residual, el conductor debía abandonar la autopista para recargar el vehículo y registrar los datos. En los datos recogidos, la diferencia entre la autonomía media declaradas por las cifras de WLPT y la autonomía real obtenida es del 30% de media como ilustra la tabla 4. Tabla 4: Resultado de las pruebas de autonomía para diferentes modelos de coches. Fuente: (Motor1 News) Además, a diferencia de los vehículos de combustión interna que consumen más cuando circulan por cuidad que por autopista, los vehículos eléctricos al circular por cuidad con las numerosas frenadas aumentan la autonomía del vehículo debido al sistemas de frenada regenerativa. Por este motivo la autonomía ofrecida por los fabricantes se refiere a la cuidad por lo que es necesario aplicarle un factor corrector, que como muestra 65 la tabla 4 se estima del 30%. Actualmente en España se comercializar vehículos como el Mercedes-Benz EQS, el cual en Europa bajo el ciclo WLPT tiene una autonomía de 743 km, pero la EPA lo rebaja a 563 km. Con una batería de 107,8 kW útiles y un consumo medio de 16,6 kW/100 km se estima una autonomía real de 649 km. También se llega hasta vehículos asequibles para el consumidor medio como el Opel Corsa-e con una autonomía de 330 km otorgada por el ciclo WLPT que son unos 240 km de autonomía real. La autonomía de los vehículos híbridos no enchufables (HEV) es similar a los vehículos de combustión interna. Son vehículos que se recargan con las frenadas, además al arrancar o conducir a baja velocidad la electricidad almacenada en la batería alimenta el motor eléctrico por lo que es posible circular por cuidad algunos kilómetros en modo completamente eléctrico. En la tabla 5 se muestra la gama de vehículos eléctricos híbridos de la empresa automovilística Hyundai con sus respectivas autonomías. Tabla 5: Autonomía y consumo para las diferentes tecnologías del Hyundai Kona. Fuente: (Hyundai) En cuanto a los vehículos híbridos enchufables (PHEV) disponen de una batería de gran capacidad que se recarga enchufándola a la red eléctrica y con la conducción como ocurro con los HEV, lo que les permite una autonomía eléctrica de unos 60 km, teniendo una autonomía total de unos 1.000 km. En referencia a los vehículos de pila de combustible de hidrógeno se tiene en cuenta que actualmente pocos de ellos se comercializan en España. Los más destacados son el Toyota Mirai con una autonomía de 650 km, el Hyundai Nexo con 666 km y el Honda Clarity de 579 km de autonomía. En la tabla 6 se presenta una media de los vehículos según sus autonomías. 66 BEV HEV PHEV FCEV ICE Autonomía Media (km) 330 900 1000 650 1000 Tabla 6: Autonomía media para los diferentes tipos de vehículos. Fuente: (Elaboración propia) 5.2 Consumo y eficiencia Actualmente el consumo medio de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno se sitúa en 29 kWh/100 km, lo que equivale en términos másicos a 0,9 kg de hidrógeno. Los 29 kWh/100 km es el consumo del coche teniendo en cuenta únicamente la conducción, sin embargo, como muestra la figura 18 para producir este hidrógeno hay que tener en cuenta las pérdidas en el proceso de electrólisis, transporte y distribución, que equivale a un 61%, es decir se necesitaría 48 kWh para mover un vehículo de hidrógeno cada 100 km. Del 61% de energía que se obtiene en forma de hidrogeno tras el proceso de electrolisis, el 46% se pierde en los que se conoce como electrólisis inversa que es la conversión del hidrógeno en electricidad dentro de la pila de combustible, por lo que se necesitaría aproximadamente 96 kWh por cada 100 km, teniendo una eficiencia global del 30%. Figura 18: Eficiencia de las diferentes tecnologías de vehículos. Fuente: (Transport and enviroment) 67 Los vehículos eléctricos actualmente tienen un consumo medio de 14 kWh/100 km en la conducción. Unas de las ventajas frente a los vehículos de hidrogeno es la eficiencia energética, pues las pérdidas por almacenamiento, transporte y distribución del combustible se trata solo del 5%. Además, hay que añadirle pérdidas en los equipos de carga, la batería, la energía que se pierde en la inversión de corriente continua a corriente alterna y pérdidas del motor, por lo que son vehículos con una eficiencia global del 77%, necesitando 18 kWh/100 km. Hay que tener en cuenta que dicha eficiencia corresponde cuando la electricidad que carga las baterías del vehículo eléctrico (BEV) tiene origen plenamente renovable, teniendo un 42% de eficiencia si el mix de generación eléctrica está basado en gas natural. También se muestra en la figura 17 un proceso a partir de electricidad renovable se produjese hidrógeno y gas de síntesis para obtener un combustible que se emplearía para alimentar a un vehículo convencional de combustión interna. La figura muestra como hay un 70% de pérdidas por el motor, teniendo una eficiencia global del 13% por lo que resulta la alternativa menos eficiente. Con respecto a los vehículos híbridos, como se explica el capítulo 5.1, la capacidad media de la batería de un vehículo híbrido enchufable (PEHV) es de 10 kWh permitiendo autonomías en funcionamiento puramente eléctrico de hasta 60 km, por lo que en cuidad este tipo de vehículos puede circular únicamente con el motor eléctrico debido al sistema de frenado regenerativo, lo que permite que se reduzca considerablemente el consumo de combustible a diferencia de los vehículos híbridos no enchufables (HEV) que tienen una batería con una capacidad media de 0,4 kWh lo que permite autonomías de unos 2 km aproximadamente utilizando únicamente el motor eléctrico. Los PHEV según el ciclo WLPT consumen una media de entre 1,6-1,7 l/100 km, para ello debe maximizarse el kilometraje usando las baterías, pero esto no siempre sucede, de hecho, el consumo típico de un vehículo PHEV particular es entre 4 y 4,4 l/100 km, mientras que en los coches de empresa puede llegar hasta los 8,4 l/100 km. Los vehículos híbridos HEV llegan a consumir entre 5 y 7,4 l cada 100 km. Por otra parte, el vehículo híbrido enchufable como es una combinación de motor de combustión interna y uno eléctrico tendrá una eficiencia mixta entre el 31-49% según la utilización de estos. Con estas cifras se llega a la conclusión de que en un PHEV se llega a aprovechar el doble una unidad de energía que en un vehículo de combustión interna. En los vehículos híbridos el motor eléctrico ayuda a mejorar la eficiencia energética llegando a niveles del 30%. La figura 19 muestra un resumen de la eficiencia global de cada tipo de vehículo. 68 Figura 19: Comparación de la eficiencia del vehículo convencional con los diferentes tipos de vehículos eléctricos. Fuente: (Energía y sociedad) Según muestra la figura 19 el vehículo convencional de gasolina con motor de combustión interna (ICE) tiene una eficiencia global del 25% entre perdidas por rozamiento dentro del motor 0 los propios factores termodinámicos que limitan el rendimiento del motor. El consumo de los ICE suele estar entre 7-8 l/100 km para los vehículos de gasolina, mientras que para los diésel el consumo es entre 5-6 l/100 km. La diferencia de consumo por cuidad entre un vehículo de gasolina y uno de diésel es de media 1,8 l/100 km. En carretera la diferencia de consumo se sitúa en 1 l/100 km. 5.3 Precio del combustible Con respecto al precio del combustible, el vehículo eléctrico siempre y cuando la recarga sea domestica gana la batalla al vehículo de pila de combustible. Se debe diferenciar entre las dos tipologías de recarga existentes: recarga doméstica y recarga rápida. La recarga doméstica siempre va a ser más barata, aunque hay que añadirle unos costes añadidos referidos al coste de la instalación, el propio coste de la electricidad y la escasa demanda. Actualmente con las subidas de la luz, el precio de electricidad está en una media de 0,213 euros/kWh, tomando como referencia un vehículo con una batería de 60 kWh de capacidad, el coste de la recarga será de 12,78 euros. Además, hay que tener en cuenta los precios de la luz en los períodos de hora punta, llana o valle, pudiendo llegar a costar el coste de la recarga 21 euros. Recargar el coche eléctrico en puntos de recarga públicos (electrolineras) suele tener un coste superior. El precio lo fija la empresa encargada de la gestión (Ionity, Tesla, Repsol, Iberdrola, Endesa, Wenea…), suponiendo la recarga de un coche con una batería de 60 kWh un coste entre los 17,4 y los 26,76 euros. En cuanto a los vehículos híbridos, dependiendo del tipo de conducción empleado, el precio por recorrer 100 69 km varía. Si la conducción es por cuidad, el vehículo se moverá principalmente con el motor eléctrico, disminuyendo el consumo de combustible. En carretera el consumo es similar a los vehículos de combustión interna. Un vehículo de pila de combustible tiene una capacidad de unos 6 kilogramos de hidrogeno en su depósito, según el precio actual medio de las hidrogeneras europeas, el coste de recorrer 100 km sería de entre 8 a 10 euros. Por tanto, llenar el depósito de 6 kilogramos de hidrógeno tiene un precio que oscila entre 48 y 60 euros. La siguiente tabla 7 muestra un resumen del tipo de vehículo con su consumo medio y el precio cada 100 km, destacando también los vehículos de gasolina y diésel, cuyo precio actualmente no para de subir debido a principalmente a la guerra que se está viviendo en Ucrania. Se puede observar que los vehículos convencionales son los menos rentables, ya que actualmente su combustible es el más caro. Tabla 7: Características de los principales combustibles. Fuente: (Elaboración propia) 5.4 Tiempo de recarga Con respecto al tiempo de recarga tanto los vehículos de combustión interna, como los de pila de combustible de hidrógeno y los vehículos híbridos no enchufables se recargan aproximadamente en 5 minutos. En cambio, el tiempo de carga de un coche eléctrico depende del tipo de batería y de la potencia del cargador. A continuación, se explican los 4 tipos de carga que existen actualmente: 1. Tiempo de carga lenta Es la más habitual en el ámbito doméstico. Suele tardar entre 4 y 8 horas en cargar el vehículo. Para este tipo de carga es necesario un cargador con corriente alterna monofásica, donde 3,7 kW (230 V y 16 A) es la potencia mínima necesaria para que se pueda cargar el vehículo tardando aproximadamente 8 horas, hasta 7,4 kW que es la potencia recomendada para utilizar este tipo de cargador tardando aproximadamente 4 horas. El método más recomendable es instalar un punto de carga en casa pues es lo más seguro y rápido, aunque esta la opción de instalar un enchufe doméstico COMBUSTIBLE CONSUMO PRECIO COMBUSTIBLE PRECIO HIDRÓGENO 0,9 kg/100 km 8-10 €/kg 7,2-9 € ELÉCTRICIDAD (recarga doméstica) 18 kWh/100 km 0,213-0,35 €/kWh 3,834-6,3 € ELÉCTRICIDAD (recarga rápida) 18 kWh/100 km 0,29-0,45 €/kWh 5,22-8,1 € GASOLINA 7-8 l/100 km 1,7898 €/l 12,53-14,3 € DIÉSEL 5-6 l/100 km 1,8608 €/l 9,3-11,16 € 70 conocido como Schuko la cuál casi no se utiliza ya que aumenta el tiempo de carga a entre 12 y 16 horas. 2. Tiempo de carga semi rápida Este tipo de carga suele tardar en cargar el coche entre de 1 a 3 horas. Se necesita una corriente trifásica de 400 V, dependiendo de la capacidad de la batería del coche y la potencia tardara más o menos en cargar. La potencia mínima es de 11 kW tardando aproximadamente 3 horas en cargar el coche y con una potencia de 22 kW se reduce el tiempo a la mitad, llegando a cargar el vehículo completamente en una hora y media. Suele tardar algo más de media hora para los híbridos enchufables. Este tipo de infraestructura suele estar en aparcamientos, centros comerciales, estaciones públicas y hoteles. El precio de recarga depende del día o la noche oscilando entre 0,22 y 0,4 euros/kWh. Además, se debe de tener en cuenta el consumo del propio vehículo. 3. Tiempo de carga rápida Este tipo de carga te permite tener el vehículo cargado al 80% en aproximadamente 30 minutos. Este tipo de cargadores se encuentran en las estaciones de servicio, pues son cargadores especiales de corriente continua con una potencia de 50 kW (intensidades de 400 A y 125 V en corriente continua). Los precios oscilan entre 0,29 y 0,79 euros/kWh, aunque la media se encuentra entre 0,40 y 0,50 euros/kWh. 4. Tiempo de carga ultra rápida Este tipo de carga es poco frecuente, no hay muchos puntos de carga actualmente. La batería tarda en cargarse completamente entre 5 y 10 minutos. Es una práctica muy útil para realizar viajes largos por carretera, se necesitan cargadores con una potencia de 150 kW y la intensidad de la corriente es 375 A o superior. Las cargas super rápidas suelen tener costes más caros que el resto de las cargas, con un precio medio de 0,45 euros/kWh. 5.5 Infraestructura de recarga Uno de los grandes inconvenientes de los vehículos de pila de combustible como bien explica el capítulo 3.1.1, es la escasez de estaciones de recarga que hay actualmente en España, concretamente hay un total de 6 hidrogeneras, las cuales no son de uso público. El gobierno, con el plan de la “Hoja de Ruta del Hidrógeno Renovable” se ha marcado como objetivo instalar entre 100 y 150 hidrogeneras de acceso público para 2030. Además, algo que tienen en común ambas tecnologías es que el número de infraestructuras de carga para los vehículos eléctricos es también bastante escaso en España. Según el informe “ANFAC Automoción 2020-2040” 71 establece que para poder responder al futuro parque electrificado y ayudar a la descarbonización del sector, España deberá multiplicar por 160 el número de puntos de recarga, incorporando más de 830.000 en 20 años, marcándose como objetivo un número de 110.000 puntos de recarga para 2025 y 340.000 para 2030. El número de puntos de recarga de acceso al público al cierre de 2021 es de 13.411. Este dato es muy inferior al objetivo de 28.240 puntos de recarga para 2021, requisito marcado para poder alcanzar los 340.000 puntos en 2030, para poder abastecer de manera eficiente los 5 millones de vehículos electrificados marcados para el PNIEC. Además, el 88% de la red actual de recarga de uso público son cargadores carga lenta, es decir de potencias iguales o inferiores a 22 kW. A final de 2021 solo existían 109 puntos de recarga rápida con potencias superiores a 150 kW. Estas infraestructuras de recarga son imprescindibles para ayudar al mercado del vehículo electrificado ya que permite recargar los vehículos en tiempos similares a los vehículos de combustión interna. El desarrollo de la infraestructura de carga de vehículos eléctrico se puede analizar observando el barómetro de la electromovilidad desarrollado por ANFAC, el cual nos permite realizar una comparación con de la penetración del nivel de desarrollo de las infraestructuras de carga tanto para España y sus comunidades autónomas, como para un conjunto de países de la Unión Europea los cuales tienen relevancia en este sector. Este barómetro mide el grado de desarrollo de la infraestructura de recarga pública según el número de puntos de recarga. Figura 20: Indicador de Infraestructura de Recarga. Fuente: (ANFAC) La figura 20 corresponde con el Indicador de Infraestructura de Recarga que evalúa el estado actual considerando un objetivo de 3,4 puntos por cada 1.000 personas, donde las Islas Baleares encabezan la lista 72 de la comunidad con más infraestructuras, mientras que Ceuta queda última con un dato mínimo. España aún no ha desarrollado una red de infraestructuras de recarga con la suficiente calidad y cantidad de potencia para impulsar el desarrollo del vehículo eléctrico. Se muestra en la figura X que al cierre de 2021 España ha crecido por debajo de la media con 3,5 puntos con respecto 2020. La media europea ha sido de 4 puntos, con países como Portugal e Italia mejorando en 4,6 y 4,5 puntos respectivamente. En cuanto a las infraestructuras de recarga de los vehículos de combustión interna, España cuenta con 11.810 estaciones de servicio que ofrecen gasolina y diésel a lo largo y ancho de todo el país, completando una red de recarga completamente desarrollada. Con una media de 8 surtidores por gasolinera y teniendo en cuenta que el tiempo de repostaje de estos vehículos es de 5 minutos, España cuenta con un número de estaciones de servicio suficiente para abastecer la demanda actual. Se observa como el número de puestos de recarga de coche eléctricos es mayor frente al número de gasolineras, pero es importante diferenciar entre electrolinera y punto de recarga. Pues los puntos de recarga son el equivalente a los surtidores de gasolina, son simples instalaciones que se encuentran en parkings, supermercados, lugares públicos, etc. Las electrolineras cumplen la función de gasolineras, suele ofrecer puntos de carga más rápida, a un precio mayor y están establecidas en puntos estratégicos. El número de electrolineras es mucho menor al total de puntos de recarga, por lo que también es inferior al número de gasolineras. 5.6 Emisiones Para los vehículos de pila de combustible, se puede calcular las emisiones que produce teniendo en cuenta de donde proviene el hidrógeno. Actualmente el 50% del hidrógeno producido se conoce como hidrógeno gris procedente del reformado de gas natural, cifre que aumenta al 80% cuando se refiere al hidrógeno producido para el sector del automóvil. Se puede considerar que la producción de hidrógeno gris tiene unas emisiones superiores a 10-11 kgCO2eq/kgH2 generado, una cifra que no concuerda con los objetivos climáticos. De las emisiones del proceso 2/3 partes provienen de la reacción química y la tercera parte restante de la quema de combustible para obtener la temperatura necesaria para el reformado. Para equiparar, la combustión de 1 kg de gasolina genera 3-4 kg de CO2. Por lo tanto, como un vehículo de pila de combustible consume 0,9 kg de H2 por cada 100 km, esto equivale a 0,009 kg de H2 por kilómetro, emitiendo 100 g/km de CO2 si el hidrógeno proviene del reformado de gas natural. Si el hidrógeno utilizado como combustible es hidrogeno azul o verde, cuya diferencia se debe a que el primero proviene de fuentes fósiles y el otro de fuentes renovables inagotables, pero no tienen ninguna diferencia en el impacto en emisiones de gases de efecto invernadero pues los dos se obtienen con bajas emisiones de CO2, las emisiones del vehículo pertenecerían a la fabricación de la batería y del propio coche, al igual que los vehículos eléctricos. 73 Los coches eléctricos no tienen emisiones locales, decir las que se producen durante su funcionamiento, pero si producen contaminación durante su fabricación y para generar la electricidad necesaria que los alimenta. Según la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA) la mitad de las emisiones de CO2 de un vehículo eléctrico provienen de su fabricación, concretamente en la de su batería que suponen un extra en la huella de carbono en comparación con un vehículo de combustión interna. Para conocer las emisiones de los vehículos eléctricos es necesario conocer la procedencia de la electricidad utilizada para propulsar el motor. En 2021 en España se generó 259.905 GWh, de los cuales un 46,7% se obtuvo a partir de fuentes de energía renovables, emitiendo 35.901.184 toneladas de CO2 reduciendo un 0,5% la cifra de 2020. Si a la renovables le sumamos la energía nuclear (no emite CO2), tenemos que el 68% de la electricidad se generó a partir de fuentes libres de emisiones de CO2 como muestra la figura 21. Figura 21: Esquema de la producción de electricidad en España por fuentes de energía. Fuente: (Híbridos y eléctricos) Con estos datos resulta que para producir 1 kWh conllevó emitir a la atmosfera 0,138 kg de CO2 de media. Otro factor a tener en cuenta son las perdidas en el transporte de la electricidad, según Red Eléctrica Española estas pérdidas son del 1,85%, es decir para que lleguen 100 kWh al punto de consumo se necesita producir 101,89 kWh. Teniendo en cuenta que un coche eléctrico consume 18 kWh cada 100 km y teniendo en cuenta las pérdidas por transporte sería necesario producir 18,33 kWh para circular 100 km, lo que significa unas emisiones de 2,53 kg de CO2 cada 100 km (25,3 g CO2/km). Con respecto a los vehículos convencionales, quemar un litro de gasolina supone emitir 2,3 kg de CO2. Un 80 Bibliografía ¿Cómo funcionan los motores de los automóviles? | Kia Costarica. (s. f.). Kia Costa Rica. (https://www.kia.com/cr/discover-kia/ask/how-do-car-engines-work.html) ¿Cuánto tiempo tarda en cargarse un coche eléctrico? | Repsol. (2022, 5 septiembre). REPSOL. 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