Vehículo de hidrógeno

Un vehículo de hidrógeno es un vehículo que utiliza hidrógeno como combustible a bordo para generar fuerza motriz. Los vehículos de hidrógeno incluyen cohetes espaciales que funcionan con hidrógeno, así como automóviles y otros vehículos de transporte. Las centrales eléctricas de dichos vehículos convierten la energía química del hidrógeno en energía mecánica, ya sea quemando hidrógeno en un motor de combustión interna o reaccionando hidrógeno con oxígeno en una celda de combustible para hacer funcionar motores eléctricos. El uso generalizado de hidrógeno para alimentar el transporte es un elemento clave de una economía de hidrógeno propuesta.

A partir de 2016, hay 3 autos de hidrógeno disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai, el Hyundai ix35 FCEV y el Honda Clarity. Varias otras compañías están trabajando para desarrollar autos de hidrógeno. A partir de 2014, el 95% del hidrógeno está hecho de gas natural. Puede producirse utilizando fuentes renovables, pero es un proceso costoso. Las plantas integradas de viento a hidrógeno (energía a gas), que utilizan electrólisis del agua, están explorando tecnologías para generar costos suficientemente bajos y cantidades lo suficientemente grandes como para competir con la producción de hidrógeno con gas natural. Los inconvenientes del uso de hidrógeno son la alta intensidad de emisiones de carbono cuando se producen a partir de gas natural, la carga del costo de capital, el bajo contenido de energía por unidad de volumen, la producción y compresión de hidrógeno, y la gran inversión en infraestructura que se requeriría para alimentar vehículos.

Portador de energía de hidrógeno

Combustible y gases de escape
El hidrógeno utilizado como combustible no es energía primaria, pero debe producirse a partir de energía primaria análoga a la generación de energía. Para su producción se requiere energía. Esto está en la reacción química en un motor de combustión de hidrógeno o en la celda de combustible parcialmente liberada nuevamente. Debido a su baja densidad, el gas hidrógeno contiene más energía por unidad de peso por unidad de masa que cualquier otro combustible químico. Sin embargo, la densidad de energía es muy baja en volumen. Por lo tanto, el hidrógeno como combustible debe estar altamente comprimido (hasta aproximadamente 700 bar) o licuado (-253 ° C). Ambos están asociados con la entrada de energía adicional.

Los gases de escape de una celda de combustible consisten en vapor de agua pura.

Durante la combustión de hidrógeno en combinación con aire (en una turbina de gas), los gases de escape contienen además óxidos de nitrógeno, que surgen del nitrógeno atmosférico a las altas temperaturas en la cámara de combustión. Con un exceso de aire (λ »1) se producen menos óxidos de nitrógeno, pero la eficiencia también disminuye. En los motores de pistón continúan obteniendo trazas de CO y CH en los gases de escape. Vienen del aceite lubricante entre la pared del cilindro y el pistón y del respiradero del cárter.

Producción de hidrógeno
Los principales procesos para la producción de hidrógeno son:

La conversión termoquímica de las fuentes de energía de carbono (generalmente combustibles fósiles) a temperaturas de 300-1000 ° C. El proceso más antiguo de este tipo es el reformado a vapor con una cuota de mercado superior al 90%. Utilizando este proceso, el gas de ciudad (gas de síntesis) solía producirse a partir de carbón y vapor de agua, que contenía aprox. 60% de hidrógeno. A través de pasos adicionales del proceso, casi todo el contenido de energía de la fuente de energía se puede unir al hidrógeno. La desventaja aquí es el gas CO 2, que es perjudicial para el clima, también existen tecnologías para hacer que el hidrógeno sea neutro en carbono a partir de biomasa. Una primera planta comercial, la Blue Tower Herten, se debió a la quiebra de Solar Millennium AG y no se ha completado.
El hidrógeno es un subproducto de una serie de procesos químicos (por ejemplo, electrólisis cloroalcalina). Las cantidades son considerables, pero en su mayoría son reutilizadas. El hidrógeno producido como un subproducto en la región de Colonia solo sería suficiente para operar 40,000 automóviles de forma permanente (a partir de 2010).
Aún comparativamente rara vez, el hidrógeno se produce por la electrólisis del agua. Se logran eficiencias del 70-80%. Actualmente hay proyectos en los que el electrolizador es alimentado directamente por aerogeneradores. Las turbinas eólicas ahora están desconectadas en días ventosos con baja demanda de electricidad; en su lugar, podrían utilizarse para la electrólisis para la producción de hidrógeno. Además de la cantidad necesaria de energía, el problema es la provisión del agua requerida: Para abastecer a todas las aeronaves que reabastecen de combustible con hidrógeno del hidrógeno de la electrólisis del agua en el aeropuerto de Frankfurt, se necesitaría la potencia de 25 centrales eléctricas a gran escala. Al mismo tiempo, el consumo de agua de Frankfurt se duplicaría «.
Los intentos de producir hidrógeno en un biorreactor de hidrógeno con algas a través de una variante de la fotosíntesis se encuentran todavía en fase de investigación.

Almacenamiento de hidrógeno
Los problemas técnicos con el almacenamiento de hidrógeno se consideran resueltos hoy. Los métodos tales como el almacenamiento de hidrógeno a presión y líquido y el almacenamiento en hidruros metálicos están en uso comercial. Además, existen otros métodos, como el almacenamiento en nanotubos o como un compuesto químico (N-etilcarbazol), que aún se encuentran en la etapa de desarrollo o en la investigación básica.

Estacion de hidrogeno
Una condición previa para el uso generalizado de las unidades de hidrógeno es la producción de la infraestructura de suministro. Para obtener una red nacional en Alemania, se requieren aproximadamente 1000 estaciones de reabastecimiento de hidrógeno.

Hay aproximadamente 274 estaciones de recarga de hidrógeno en todo el mundo (a partir de mayo de 2017). En Alemania hay alrededor de 30, de las cuales solo 7 son públicas. En cooperación con Linde AG, el Grupo Daimler construirá otras 20 estaciones de reabastecimiento de hidrógeno para garantizar inicialmente conexiones continuas en los ejes norte-sur y este-oeste. → Ver también: Autopista de hidrógeno.

Una estación de llenado de hidrógeno cuesta entre 1 y 1,5 millones de euros.

Vehículos
Automóviles, autobuses, montacargas, trenes, bicicletas PHB, botes de canal, bicicletas de carga, carritos de golf, motocicletas, sillas de ruedas, barcos, aviones, submarinos y cohetes ya pueden funcionar con hidrógeno, en diversas formas. La NASA usó hidrógeno para lanzar Space Shuttles en el espacio. Un modelo de juguete que funciona funciona con energía solar, utilizando una celda de combustible regenerativa para almacenar energía en forma de hidrógeno y oxígeno. Luego puede convertir el combustible de nuevo en agua para liberar la energía solar. Desde la llegada de la fractura hidráulica, la preocupación principal de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno es la confusión entre los consumidores y las políticas públicas con respecto a la adopción de vehículos de hidrógeno a gas natural con grandes emisiones ocultas en detrimento del transporte respetuoso con el medio ambiente.

Buckeye Bullet 2 de la Universidad Estatal de Ohio estableció un récord de velocidad terrestre para un vehículo impulsado por hidrógeno de 286.476 millas por hora (461.038 km / h), que alcanzó una velocidad de «milla voladora» de 280.007 millas por hora (450.628 km / h) en Bonneville Salt Flats en agosto de 2008. Un prototipo de Ford Fusion Hydrogen 999 Fuel Cell Race Car en Bonneville Salt Flats, en agosto de 2007, estableció un récord de 207.297 millas por hora (333.612 km / h). Tanque de oxígeno comprimido para aumentar la potencia.

Automóviles
A partir de 2016, hay 3 autos de hidrógeno disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai, el Hyundai ix35 FCEV y el Honda Clarity.

Toyota lanzó su primer vehículo de producción de celdas de combustible (FCV), el Mirai, en Japón a fines de 2014 e inició sus ventas en California, principalmente en el área de Los Ángeles, en 2015. El automóvil tiene un alcance de 312 mi (502 km) y Tarda unos cinco minutos en rellenar su tanque de hidrógeno. El precio de venta inicial en Japón fue de aproximadamente 7 millones de yenes ($ 69,000). El ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que inicialmente Toyota perdería alrededor de $ 100,000 por cada Mirai vendido. Muchas compañías de automóviles han introducido modelos de demostración en números limitados (consulte la Lista de vehículos con pila de combustible y la Lista de vehículos con motor de combustión interna de hidrógeno). Una desventaja del hidrógeno en comparación con otros combustibles de automóviles es su baja densidad.

En 2013, BMW arrendó tecnología de hidrógeno a Toyota, y un grupo formado por Ford Motor Company, Daimler AG y Nissan anunció una colaboración en el desarrollo de tecnología de hidrógeno. Para el año 2017, sin embargo, Daimler había abandonado el desarrollo de vehículos de hidrógeno, y la mayoría de las compañías de automóviles que desarrollan automóviles de hidrógeno habían cambiado su enfoque a los vehículos eléctricos de batería.

Autobuses
Varios fabricantes en diferentes ubicaciones, por ejemplo, Ursus Lublin, están probando los autobuses de celda de combustible (a diferencia de los autobuses alimentados con hidrógeno). El Fuel Cell Bus Club es una colaboración global de prueba de autobuses de celda de combustible.

Tranvias y trenes
En marzo de 2015, la China South Rail Corporation (CSR) demostró el primer tranvía propulsado por celda de combustible de hidrógeno en una instalación de ensamblaje en Qingdao. El ingeniero jefe de la subsidiaria de CSR, CSR Sifang Co Ltd., Liang Jianying, dijo que la compañía está estudiando cómo reducir los costos de funcionamiento del tranvía. Las pistas para el nuevo vehículo se han construido en siete ciudades chinas. China planea gastar 200 mil millones de yuanes ($ 32 mil millones) hasta 2020 para aumentar las vías del tranvía a más de 1,200 millas.

En el norte de Alemania, en 2018, se pusieron en servicio los primeros trenes Coradia iLint con pilas de combustible; El exceso de energía se almacena en baterías de iones de litio.

Bicicletas
En 2007, Pearl Hydrogen Power Sources de Shanghai, China, presentó una bicicleta de hidrógeno en la 9a Exposición Internacional de China sobre Tecnología, Equipos y Aplicaciones de Gas.

Vehículos militares
La división militar de General Motors, GM Defence, se enfoca en vehículos de celdas de combustible de hidrógeno. Su SURUS (Silent Utility Rover Universal Superestructura) es una plataforma eléctrica de celda de combustible flexible con capacidades autónomas. Desde abril de 2017, el Ejército de EE. UU. Ha estado probando el Chevrolet Colorado ZH2 comercial en sus bases de EE. UU. Para determinar la viabilidad de los vehículos impulsados ​​por hidrógeno en entornos tácticos de misión militar.

Motos y scooters.
ENV desarrolla motocicletas eléctricas impulsadas por una celda de combustible de hidrógeno, que incluye Crosscage y Biplane. Otros fabricantes como Vectrix están trabajando en scooters de hidrógeno. Finalmente, se están fabricando scooters híbridos de celda de combustible de hidrógeno, como el scooter de celda de combustible Suzuki Burgman. y el FHybrid. El Burgman recibió la aprobación de «tipo de vehículo completo» en la UE. La compañía taiwanesa APFCT realizó una prueba en vivo con 80 scooters de celda de combustible para la Oficina de Energía de Taiwan.

Quads y tractores.
El H-Due de Autostudi Srl es un quad con motor de hidrógeno, capaz de transportar de 1 a 3 pasajeros. Se ha propuesto un concepto para un tractor propulsado por hidrógeno.

Aviones
Compañías como Boeing, Lange Aviation y el Centro Aeroespacial Alemán buscan el hidrógeno como combustible para aviones tripulados y no tripulados. En febrero de 2008, Boeing probó un vuelo tripulado de un pequeño avión propulsado por una celda de combustible de hidrógeno. También se han probado aviones de hidrógeno no tripulados. Para aviones grandes de pasajeros, The Times informó que «Boeing dijo que era poco probable que las celdas de combustible de hidrógeno impulsaran los motores de los aviones grandes de pasajeros, pero que podrían usarse como unidades de respaldo o de energía auxiliar a bordo».

En julio de 2010, Boeing presentó su UAV Phantom Eye con motor de hidrógeno, impulsado por dos motores de combustión interna de Ford que se han convertido para funcionar con hidrógeno.

En Gran Bretaña, se ha propuesto que los motores de reacción A2 utilicen las propiedades termodinámicas del hidrógeno líquido para lograr un vuelo a muy alta velocidad y larga distancia (antípodas) quemándolo en un motor a reacción preenfriado.

Carretillas elevadoras
Una carretilla elevadora HICE o una carretilla elevadora HICE es una carretilla elevadora industrial con motor de combustión interna que funciona con hidrógeno y se utiliza para elevar y transportar materiales. La primera carretilla elevadora HICE de producción basada en el Linde X39 Diesel se presentó en una exposición en Hannover el 27 de mayo de 2008. Utilizó un motor de combustión interna diésel de 2.0 litros, 43 kW (58 hp) convertido para usar hidrógeno como combustible con el Uso de un compresor e inyección directa.

Una carretilla elevadora de celda de combustible (también llamada carretilla elevadora de celda de combustible) es una carretilla elevadora industrial impulsada por pila de combustible. En 2013, hubo más de 4,000 carretillas elevadoras de celda de combustible utilizadas en el manejo de materiales en los EE. UU. El mercado mundial se estimó en 1 millón de carretillas elevadoras eléctricas de celda de combustible por año para 2014-2016. Las flotas están siendo operadas por empresas de todo el mundo. Pike Research declaró en 2011 que las carretillas elevadoras impulsadas por celdas de combustible serán el principal impulsor de la demanda de combustible de hidrógeno para 2020.

La mayoría de las compañías en Europa y los EE. UU. No usan carretillas elevadoras que funcionan con petróleo, ya que estos vehículos trabajan en lugares cerrados donde se deben controlar las emisiones y, en cambio, se usan carretillas elevadoras eléctricas. Las carretillas elevadoras que funcionan con celdas de combustible pueden proporcionar beneficios sobre las carretillas elevadoras que funcionan con baterías, ya que se pueden repostar en 3 minutos. Se pueden utilizar en almacenes refrigerados, ya que su rendimiento no se ve afectado por temperaturas más bajas. Las unidades de celdas de combustible a menudo están diseñadas como reemplazos directos.

Cohetes
Muchos cohetes grandes usan hidrógeno líquido como combustible, con oxígeno líquido como oxidante (LH2 / LOX). Una ventaja del combustible de cohete de hidrógeno es la alta velocidad de escape efectiva en comparación con los motores de queroseno / LOX o UDMH / NTO. De acuerdo con la ecuación del cohete Tsiolkovsky, un cohete con mayor velocidad de escape usa menos propelente para acelerar. También la densidad de energía del hidrógeno es mayor que cualquier otro combustible. LH2 / LOX también produce la mayor eficiencia en relación con la cantidad de propelente consumido, de cualquier propulsor de cohete conocido.

Una desventaja de los motores LH2 / LOX es la baja densidad y baja temperatura del hidrógeno líquido, lo que significa que se necesitan depósitos de combustible más grandes y aislados y, por lo tanto, más pesados. Esto aumenta la masa estructural del cohete, lo que reduce significativamente su delta-v. Otra desventaja es la pobre capacidad de almacenamiento de los cohetes propulsados ​​por LH2 / LOX: debido a la constante ebullición del hidrógeno, el cohete debe alimentarse poco antes del lanzamiento, lo que hace que los motores criogénicos no sean adecuados para los ICBM y otras aplicaciones de cohetes con la necesidad de preparaciones de lanzamiento cortas. .

En general, el delta-v de una etapa de hidrógeno no suele ser muy diferente del de una etapa de combustible denso, pero el peso de una etapa de hidrógeno es mucho menor, lo que lo hace particularmente efectivo para las etapas superiores, ya que son transportados por el nivel inferior. etapas Para las primeras etapas, los cohetes de combustible denso en los estudios pueden mostrar una pequeña ventaja, debido al tamaño más pequeño del vehículo y la menor resistencia del aire.

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LH2 / LOX también se utilizaron en el transbordador espacial para ejecutar las celdas de combustible que alimentan los sistemas eléctricos. El subproducto de la celda de combustible es el agua, que se utiliza para beber y otras aplicaciones que requieren agua en el espacio.

Camion pesado
En 2016, Nikola Motor Company presentó un camión pesado Clase 8 con motor de hidrógeno y una batería de 320 kWh EV. Nikola planea dos versiones del camión con motor de hidrógeno, Nikola One de largo recorrido y la cabina de día Nikola Two. United Parcel Service comenzó a probar un vehículo de suministro de hidrógeno en 2017. US Hybrid, Toyota y Kenworth también han anunciado planes para probar camiones de celdas de combustible de hidrógeno de drenaje de Clase 8.

Vehículo de combustión interna
Los autos con motor de combustión interna de hidrógeno son diferentes a los autos con celda de combustible de hidrógeno. El automóvil de combustión interna de hidrógeno es una versión ligeramente modificada del tradicional automóvil de motor de combustión interna de gasolina. Estos motores de hidrógeno queman combustible de la misma manera que lo hacen los motores de gasolina; La principal diferencia es el producto de escape. La combustión de gasolina produce dióxido de carbono y vapor de agua, mientras que el único producto de escape de la combustión de hidrógeno es el vapor de agua.

En 1807, Francois Isaac de Rivaz diseñó el primer motor de combustión interna alimentado con hidrógeno. En 1965, Roger Billings, entonces un estudiante de secundaria, convirtió un Modelo A para funcionar con hidrógeno. En 1970, Paul Dieges patentó una modificación de los motores de combustión interna que permitía que un motor de gasolina funcionara con hidrógeno US 3844262.

Mazda ha desarrollado motores Wankel que queman hidrógeno. La ventaja de usar un motor de combustión interna, como los motores de pistón y Wankel, es el menor costo de reequipamiento para la producción.

Las carretillas elevadoras HICE se han demostrado en base a motores de combustión interna diésel convertidos con inyección directa.

Pila de combustible

Costo de celda de combustible
Las celdas de combustible de hidrógeno son relativamente caras de producir, ya que sus diseños requieren sustancias raras como el platino como catalizador. En 2014, Toyota dijo que introduciría su Toyota Mirai en Japón por menos de $ 70,000 en 2015. El ex presidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estima que Toyota inicialmente perderá alrededor de $ 100,000 en cada Mirai vendido.

Condiciones de congelación
Los problemas en los diseños tempranos de celdas de combustible a bajas temperaturas en relación con el rango y las capacidades de arranque en frío se han abordado para que «ya no se vean como tapones de espectáculo». Los usuarios en 2014 dijeron que sus vehículos con celdas de combustible funcionan sin problemas a temperaturas bajo cero, incluso con los calentadores a todo volumen, sin reducir significativamente el alcance. Los estudios que utilizan la radiografía de neutrones en un arranque en frío sin ayuda indican la formación de hielo en el cátodo, tres etapas en el arranque en frío y la conductividad iónica de Nafion. También se definió un parámetro, definido como coulomb de carga, para medir la capacidad de arranque en frío.

Vida de servicio
La vida útil de las pilas de combustible es comparable a la de otros vehículos. La vida útil del PEM es de 7,300 horas en condiciones de ciclismo.

Hidrógeno
El hidrógeno no viene como una fuente de energía preexistente como los combustibles fósiles, sino que primero se produce y luego se almacena como un transportador, como una batería. Un beneficio sugerido del despliegue a gran escala de vehículos de hidrógeno es que podría conducir a una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero y precursores de ozono. Sin embargo, a partir de 2014, el 95% del hidrógeno está hecho de metano. Puede producirse utilizando fuentes renovables, pero es un proceso costoso. Las plantas integradas de viento a hidrógeno (energía eléctrica a gas), que utilizan la electrólisis del agua, están explorando tecnologías para ofrecer costos suficientemente bajos y cantidades suficientemente grandes para competir con las fuentes de energía tradicionales.

Según Ford Motor Company, «cuando los FCV funcionan con hidrógeno reformado a partir de gas natural mediante este proceso, no proporcionan beneficios ambientales significativos en una base de pozo a ruedas (debido a las emisiones de GEI del proceso de reformación del gas natural)». Si bien los métodos de producción de hidrógeno que no utilizan combustibles fósiles serían más sostenibles, actualmente la energía renovable representa solo un pequeño porcentaje de la energía generada, y la energía producida a partir de fuentes renovables se puede utilizar en vehículos eléctricos y para aplicaciones que no son vehículos.

Los desafíos que enfrenta el uso de hidrógeno en los vehículos incluyen la producción, el almacenamiento, el transporte y la distribución. La eficiencia del pozo a la rueda para el hidrógeno es inferior al 25%. Análisis más recientes confirman esto.

Producción
El hidrógeno molecular necesario como combustible a bordo para vehículos de hidrógeno se puede obtener a través de muchos métodos termoquímicos que utilizan gas natural, carbón (mediante un proceso conocido como gasificación de carbón), gas licuado de petróleo, biomasa (gasificación de biomasa), mediante un proceso llamado termólisis, o Como producto de desecho microbiano llamado biohidrógeno o producción de hidrógeno biológico. El 95% del hidrógeno se produce utilizando gas natural y el 85% del hidrógeno producido se utiliza para eliminar el azufre de la gasolina. El hidrógeno también puede producirse a partir del agua por electrólisis a eficiencias de trabajo en el rango de 50 a 60% para los electrolizadores más pequeños y alrededor de 65 a 70% para las plantas más grandes. El hidrógeno también se puede producir por reducción química utilizando hidruros químicos o aluminio. Las tecnologías actuales para la fabricación de hidrógeno utilizan la energía en diversas formas, totalizando entre el 25 y el 50 por ciento del valor de calentamiento más alto del combustible de hidrógeno, utilizado para producir, comprimir o licuar, y transmitir el hidrógeno por tubería o camión.

Las consecuencias ambientales de la producción de hidrógeno a partir de recursos energéticos fósiles incluyen la emisión de gases de efecto invernadero, una consecuencia que también resultaría de la reforma a bordo del metanol en hidrógeno. Los análisis que comparan las consecuencias ambientales de la producción y el uso de hidrógeno en vehículos de celdas de combustible con el refino del petróleo y la combustión en motores de automóviles convencionales no están de acuerdo sobre si se produciría una reducción neta de ozono y gases de efecto invernadero. La producción de hidrógeno utilizando recursos de energía renovable no generaría tales emisiones, pero la escala de producción de energía renovable tendría que ampliarse para usarse en la producción de hidrógeno para una parte significativa de las necesidades de transporte. A partir de 2016, el 14,9 por ciento de la electricidad de los Estados Unidos se produjo a partir de fuentes renovables. En unos pocos países, las fuentes renovables se están utilizando más ampliamente para producir energía e hidrógeno. Por ejemplo, Islandia está usando energía geotérmica para producir hidrógeno, y Dinamarca está usando viento.

Almacenamiento
El hidrógeno comprimido en tanques de hidrógeno a 350 bar (5,000 psi) y 700 bar (10,000 psi) se usa para sistemas de tanques de hidrógeno en vehículos, basado en tecnología de compuesto de carbono tipo IV.

El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica muy baja en condiciones ambientales, igual a aproximadamente un tercio de la del metano. Incluso cuando el combustible se almacena como hidrógeno líquido en un tanque criogénico o en un tanque de almacenamiento de hidrógeno comprimido, la densidad de energía volumétrica (megajulios por litro) es pequeña en relación con la de la gasolina. El hidrógeno tiene una energía específica en masa tres veces mayor en comparación con la gasolina (143 MJ / kg frente a 46.9 MJ / kg). En 2011, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad de Alabama, trabajando con el Departamento de Energía de EE. UU., Encontraron un método de una sola etapa para recargar amoníaco borano, un compuesto de almacenamiento de hidrógeno. En 2018, los investigadores de CSIRO en Australia accionaron un Toyota Mirai y un Hyundai Nexo con hidrógeno separado del amoníaco usando una tecnología de membrana. El amoníaco es más fácil de transportar de manera segura en camiones cisterna que el hidrógeno puro.

Infraestructura
La infraestructura de hidrógeno consiste en estaciones de servicio equipadas con hidrógeno, que se suministran con hidrógeno a través de remolques de tubo de hidrógeno comprimido, camiones cisterna de hidrógeno líquido o producción dedicada in situ, y algo de transporte industrial de tuberías de hidrógeno. La distribución de combustible de hidrógeno para vehículos en todo EE. UU. Requeriría nuevas estaciones de hidrógeno que costarían entre 20 mil millones de dólares en EE. UU. (4,6 mil millones en la UE). y medio billón de dólares en Estados Unidos.

A partir de 2018, había 40 estaciones de recarga de hidrógeno de acceso público en los EE. UU., La mayoría ubicadas en California (en comparación con 19,000 estaciones de carga eléctrica). Para 2017, había 91 estaciones de abastecimiento de hidrógeno en Japón.

Códigos y estándares
Los códigos y estándares de hidrógeno, así como los códigos y estándares técnicos para la seguridad del hidrógeno y el almacenamiento de hidrógeno, se han identificado como una barrera institucional para el despliegue de tecnologías de hidrógeno y el desarrollo de una economía de hidrógeno. Para permitir la comercialización de hidrógeno en productos de consumo, los gobiernos federales, estatales y locales deben desarrollar y adoptar nuevos códigos y estándares.

La seguridad
Los automóviles propulsados ​​por hidrógeno no son más peligrosos que los vehículos que funcionan con gasolina o gasolina. El hidrógeno es un gas muy volátil debido a su baja densidad. Se evapora muy rápidamente al aire libre. Proporcione ventilación adecuada en espacios confinados, ya que es inflamable en un amplio rango de 4-75% vol. (Gasolina: 0.6-8% vol.). Las mezclas de oxígeno / hidrógeno que contienen menos de 10.5% de hidrógeno por volumen son más pesadas que el aire y se hunden hasta el fondo. La segregación no se lleva a cabo directamente, por lo que la inflamabilidad se mantiene hasta que cae por debajo del límite del 4% por volumen. Al manipular hidrógeno, las normas de seguridad y los sistemas de ventilación deben tener en cuenta este comportamiento.

La gasolina es un líquido que se evapora lentamente. Los vapores de gasolina inflamables son más pesados ​​que el aire y permanecen en el suelo durante más tiempo, y el período de tiempo en que pueden encenderse es más largo.

Si se libera hidrógeno en habitaciones cerradas, existe un mayor riesgo de explosión, por ejemplo. B. en garajes o túneles. Aquí es para garantizar una mayor ventilación y, posiblemente, medidas de seguridad adicionales.

El límite de detonación de hidrógeno está en una concentración del 18%. La gasolina explota mucho antes, ya en una concentración del 1.1%. Para que ocurra una explosión o un incendio, en ambos casos, primero debe encenderse una mezcla de combustible y aire que haya surgido. En el caso del hidrógeno, esto requiere una energía más baja de 0.02 mJ que la gasolina (gasolina: 0.24 mJ), pero en la práctica no importa porque incluso la energía de una chispa eléctrica es suficiente para que se enciendan los vapores de la gasolina.

La gasolina tiene una temperatura de ignición significativamente más baja (220-280 ° C) que el hidrógeno (585 ° C), lo que facilita el encendido en superficies calientes como el colector de escape o el catalizador.

Después de la ignición, el hidrógeno se quema a una tasa de combustión más alta que la gasolina. La llama se mueve abruptamente hacia arriba con un diámetro pequeño, si la fuga está en la parte superior del tanque.

Una llama de hidrógeno tiene menos radiación de calor que una llama de gasolina. Además de una llama de hidrógeno, es por lo tanto menos caliente que al lado de una llama de gasolina, la ventaja es que los elementos adyacentes son tales. B. Los asientos de automóvil no son tan fáciles de incendiarse. Además, las personas que están cerca de la llama tienen menos probabilidades de sufrir quemaduras. Sin embargo, la llama de hidrógeno es apenas visible. Por lo tanto, existe el riesgo de participación involuntaria.

Los tanques de presión utilizados en la actualidad sostienen (a diferencia de los tanques de gasolina) incluso accidentes graves sin perjuicio. Los vehículos de hidrógeno con tanques a presión se pueden estacionar fácilmente en garajes de estacionamiento y garajes subterráneos. No hay ninguna disposición legal que restrinja esto. Por el contrario, los vehículos con hidrógeno líquido no deben almacenarse en habitaciones cerradas, ya que la desgasificación puede causar una acumulación de gas explosivo.

El principal problema con el almacenamiento de hidrógeno son las fugas. Los tanques y tuberías de hidrógeno deben ser debidos a la z. Como gas natural o propano / butano, el diámetro molecular más pequeño se sellará mucho mejor. Algunos materiales no son adecuados porque son permeables al hidrógeno. Las fugas no solo conducen a altas pérdidas de transporte, sino que también crean un peligro para la seguridad cuando el gas se acumula y forma una mezcla de aire y hidrógeno. Es por eso que los tanques y tuberías de hidrógeno están hechos de plásticos especiales que evitan en gran medida la difusión. Tales sistemas deben ser aprobados por el TÜV. Es ventajoso que el hidrógeno se escape hacia arriba debido a su baja densidad y no se acumule en las depresiones, en contraste con los vapores de gasolina, propano o butano.

Comparación con otros tipos de vehículo de combustible alternativo.
Los vehículos de hidrógeno compiten con varias alternativas propuestas a la moderna infraestructura de vehículos alimentados con combustibles fósiles.

Híbridos enchufables
Los vehículos eléctricos híbridos enchufables, o PHEV, son vehículos híbridos que se pueden conectar a la red eléctrica y contienen un motor eléctrico y también un motor de combustión interna. El concepto PHEV aumenta los vehículos eléctricos híbridos estándar con la capacidad de recargar sus baterías desde una fuente externa, lo que permite un mayor uso de los motores eléctricos del vehículo y reduce su dependencia de los motores de combustión interna. La infraestructura necesaria para cargar los PHEV ya está en funcionamiento, y la transmisión de energía de la red a los automóviles es aproximadamente un 93% eficiente. Sin embargo, esta no es la única pérdida de energía en la transferencia de energía de la red a las ruedas. La conversión de CA / CC debe realizarse desde la red de suministro de CA al CC del PHEV. Esto es aproximadamente 98% eficiente. La batería debe estar cargada. A partir de 2007, la batería de fosfato de hierro y litio tenía una eficiencia de entre el 80 y el 90% en la carga / descarga. La batería necesita ser enfriada; La batería del GM Volt tiene 4 refrigeradores y dos radiadores. A partir de 2009, «la eficiencia total entre ruedas y pozos con la que un vehículo de pila de combustible de hidrógeno podría utilizar electricidad renovable es de aproximadamente el 20% (aunque ese número podría aumentar hasta el 25% o un poco más alto con el tipo de avances tecnológicos múltiples requeridos para sin embargo, la eficiencia en la conducción de una batería a bordo y luego la descarga para hacer funcionar un motor eléctrico en un PHEV o EV, es del 80% (y podría ser mayor en el futuro): cuatro veces «Más eficiente que las vías actuales de vehículos de pila de combustible de hidrógeno». Un artículo de 2006 en Scientific American argumentaba que los PHEV, en lugar de los vehículos de hidrógeno, se convertirían en un estándar en la industria del automóvil. Un estudio de diciembre de 2009 en UC Davis encontró que, a lo largo de su vida, los PHEV emitirán menos carbono que los vehículos actuales, mientras que los autos de hidrógeno emitirán más carbono que los vehículos de gasolina.

Gas natural
Los vehículos de gas natural comprimido (CNG), HCNG o LNG basados ​​en motores de combustión (vehículos a gas natural o GNV) utilizan metano (gas natural o biogás) directamente como fuente de combustible. El gas natural tiene una densidad de energía más alta que el gas de hidrógeno. Los GNV que usan biogás son casi neutros en carbono. A diferencia de los vehículos de hidrógeno, los vehículos de GNC han estado disponibles durante muchos años, y hay infraestructura suficiente para proporcionar estaciones de reabastecimiento de combustible tanto comerciales como domésticas. A finales de 2011, había 14.8 millones de vehículos de gas natural. El otro uso para el gas natural es el reformado a vapor, que es la forma más común de producir gas de hidrógeno para su uso en automóviles eléctricos con celdas de combustible.

Vehículos totalmente eléctricos.
En un artículo de 2008 de Technology Review, «Los automóviles eléctricos y los híbridos enchufables tienen una enorme ventaja sobre los vehículos de celda de combustible de hidrógeno en el uso de electricidad de bajo carbono. Esto se debe a la ineficiencia inherente de todo el proceso de alimentación de hidrógeno, desde generar el hidrógeno con esa electricidad para transportar este gas difuso a largas distancias, obtener el hidrógeno en el automóvil y luego pasarlo a una celda de combustible, todo con el propósito de convertir el hidrógeno de nuevo en electricidad para hacer funcionar el mismo motor eléctrico exacto. Encontraré en un coche eléctrico «. Termodinámicamente, cada paso adicional en el proceso de conversión disminuye la eficiencia general del proceso.

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