La movilidad sigue buscando cero emisiones, La tecnología con base a hidrogeno no está directamente ligado al principio eléctrico, ¿Cómo funcionan estos vehículos?

El esfuerzo de un equipo interdisciplinario que por más de tres años se dio a la tarea de revolucionar el transporte en Colombia y Latinoamérica, vio la luz hace un par de semanas con la presentación oficial del primer autobús integral propulsado por hidrógeno, fabricado por Superpolo en Colombia, con el apoyo técnico y financiero de Fanalca, Fenoge, Transdev, TransMilenio y Ecopetrol.

Más allá de un simple autobús, este proyecto representa una revolución energética, de cara a la reducción de emisiones contaminantes que producen efecto invernadero y contribuyen al calentamiento global, una de las más urgentes preocupaciones de la industria automotriz. Además, para Ecopetrol, es el punto de partida para comenzar a desarrollar el hidrógeno como combustible a mediana escala, aprovechando sus instalaciones de Cartagena y la creciente demanda por el energético alrededor del mundo.

Attivi es la nueva denominación de carrocerías que empieza a utilizar Marcopolo a nivel mundial, como modelo distintivo para aquellos buses propulsados por energías de bajo impacto ambiental como los híbridos, eléctrico y a hidrógeno. Estará disponible en dos versiones diferentes, determinadas por su ancho: 2.4 metros para busetones de hasta 10 metros, y 2.6 metros para buses padrones, articulados y biarticulados, siendo el prototipo un busetón de 50 pasajeros.

La forma general del autobús es mucho más ortogonal con el fin de aprovechar al máximo el espacio interior, en comparación con modelos como el Gran Viale BRT y el New Senior. El frontal es más redondeado, con posibilidad de ofrecer iluminación LED o halógena a petición del cliente, y los rasgos del cristal panorámico y luces delimitadoras nos remiten a los buses de carretera de la Generación 8.

Pero lo realmente interesante de este modelo, es que se trata de una carrocería diseñada para construirse de manera autoportante, sobre chasises construidos por Marcopolo. Para el caso del prototipo eléctrico, (presentado el año pasa-do y que conocimos en el Expoforo de la Ciudad de México, toda la ingeniería del autobús fue desarrollada directamente por el equipo de la planta de Caxias du Sul en Brasil. Para este modelo de hidrógeno, la investigación y desarrollo fueron liderados por el grupo técnico de Fanalca (uno de los principales socios de Superpolo) y por ingeniería de la planta de Cota, en cabeza de Juan Carlos Santamaría.

¿Cómo funciona el autobús?

Los buses de hidrógeno, básicamente, son autobuses eléctricos donde la energía que carga las baterías proviene de una celda de combustible, y no de un conector externo. Este elemento se encarga de procesar hidrógeno en estado gaseoso (almacenado en tanques tipo 4 hechos de material compuesto a una presión de 350 bar), mezclándolo con oxígeno para producir vapor de agua y corriente eléctrica en un proceso denominado “electrólisis inversa”.

El autobús se encuentra equipado con un propulsor eléctrico, prácticamente idéntico al que tendría un vehículo a baterías como los que rueda desde hace pocos meses por las calles de Bogotá. Este motor de 190Kw de potencia es alimentado directamente por la energía producida por la celda de combustible, misma que también es almacenada en un banco de baterías de hierro fosfato ubicado en la parte inferior del autobús. Estos acumuladores además tienen como función almacenar la energía regenerada por el sistema de frenos, que convierte la energía cinética producida por el avance del bus, en electricidad.

Todos estos elementos son gestionados por procesadores, computadores y software de última tecnología, que se encargan de gestionar de forma eficiente la cantidad de hidrógeno consumido por la celda de combustible, cuándo se consume la energía de manera directa, cuando se utiliza la almacenada en las baterías, la descarga óptima de estas, el manejo de la energía regenerada y los ciclos de carga de los acumuladores.

Aunque parezca algo desarrollado por la NASA, fueron los ingenieros nacionales quienes se dieron a la tarea de conseguir los mejores proveedores del mundo para construir el prototipo que recibió la denominación 3RH2FC. Primero con fabricantes locales de la industria automotriz, y luego, dada la complejidad del proyecto, con un constructor especializado en este tipo de proyectos ubicado en Europa. La celda de combustible fue provista por Toyota, las baterías por CATL y tanto el motor, como lo módulos de gestión electrónica por Siemens y WEG, marcas líderes mundiales en electromovilidad.

¿Qué es el hidrógeno?

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, el elemento químico más ligero que existe y cuya forma más estable es una molécula de dos átomos, por lo que se le conoce como H2.

En la Tierra es muy abundante y constituye aproximadamente el 75 % de la materia del Universo, pero se encuentra combinado con otros elementos como el oxígeno formando moléculas de agua, o al carbono, formando compuestos orgánicos. Por tanto, no es un combustible que pueda tomarse directamente de la naturaleza, sino que es un vector energético (como la electricidad) y por ello se tiene que “fabricar.”

El hidrógeno como vector energético tiene más de cinco décadas de investigación y desarrollo. En los últimos cinco años, se ha posicionado como una alternativa viable y una prioridad en la agenda energética de muchos países debido a su potencial de descarbonización, la preparación tecno-lógica a la que ha llegado y la disminución acelerada de los costos de infraestructura.

Dependiendo de la fuente energética y la forma de producción, se clasifican diferentes tipos de hidrógeno:

Los colores del hidrógeno según su fuente y proceso productivo:

¿Cómo se produce el hidrógeno verde?

Para el proyecto, Ecopetrol ubicó en las instalaciones del operador Green Móvil un electrolizador, capaz de producir hasta 120 Kg de hidrógeno al día. El dispositivo instalado dentro de un contenedor de 20 pies utiliza agua de la red de acueducto (300 litros por cada 30Kg de hidrógeno) y energía solar proveniente de paneles, para separar las moléculas de hidrógeno de las de oxígeno. Este último elemento es liberado a la atmósfera de manera directa, completando el proceso de cero emisiones contaminantes.

Luego del proceso de electrólisis, el hidrógeno pasa a un compresor que se encarga de llevar el combustible hasta los 350 bar, presión requerida para su transporte y empleo óptimo. El electrolizador cuenta con una serie de tanques que le permiten almacenar 140Kg de H2, suficientes para mantener al menos 6 buses funcionando. Cabe aclarar que, con un tanqueo completo, un bus puede recorrer de 450 a 500 Km, presentando una autonomía muy superior a la de los vehículos eléctricos enchufables, pero sin el sobrepeso que representa la gran cantidad de baterías que utiliza.

Pero siendo los buses a hidrógeno prácticamente vehículos eléctricos, ¿dónde está la ventaja de su uso y por qué las compañías asociadas a este proyecto invirtieron tanto dinero para sacarlo adelante?

La electromovilidad está a la orden del día, y hace parte de la agenda automotriz de transportadores y fabricantes. Sin embargo, a pesar de sus ventajas de cara a la reducción de emisiones contaminantes, hay factores que han dificultado su masificación. El primero, es la autonomía, puesto que difícilmente un bus urbano llega más allá de los 250 kilómetros de rango. Aumentar este valor significa poner más baterías, lo que sube el peso y el costo de la unidad.

También está el problema de la velocidad de carga. A pesar de los avances en la infraestructura de repostaje energético, pensar en completar la capacidad de una batería en menos de dos horas incluso, transgrede las leyes de la termodinámica. Es ahí donde usar una celda de combustible que produzca su propia energía a través del hidrógeno cobra suma importancia, pues permite que el autobús se detenga tan sólo por 8 minutos para llenar sus tanques, reduciendo al mínimo el tiempo que se pierde cuando los buses deben estar detenidos conectados a un cargador.

Otra gran ventaja radica en la reducción de peso de los buses a hidrógeno. Este puede ser un factor manejable en los modelos eléctricos, cuando se habla de vehículos hasta 12 metros. Pero cuando se presupuesta un vehículo de mayor capacidad como un articulado o biarticulado, el lastre generado por las baterías los pone por fuera de cualquier licitación dado su sobrepeso. Por ello, el modelo de 2.6 metros de ancho del Attivi de Marcopolo, aspira en el futuro cercado a subsanar estos inconvenientes, acoplando a los estándares técnicos de carga máxima por eje que determinan los sistemas masivos para buses articulados y biarticulados.

No todo es color de rosa

Son varias las dificultades y retos que presenta el hidrógeno como fuente energética y que deben ser subsanados por los fabricantes, los operadores y el mercado en general si se desea masificar su uso. El primero, es el costo, tanto del combustible, como de su proceso productivo y por supuesto, de los buses que lo emplean.

Para sacar adelante este desafío en Colombia se invirtieron más de 22.000 millones de pesos, representados en los costos de investigación y desarrollo, el electrolizador (que costó 1 millón de dólares) y el mismo valor del autobús que ronda los 1.2 millones de dólares.

Manipular hidrógeno tampoco es cosa fácil. Al ser una molécula tan simple, evitar las fugas es una tarea compleja pues suele “permear” mangueras, uniones y contenedores. Además, debe ser sometido a altísimas presiones durante su almacenaje y transporte, factor que eleva su costo final al consumidor. Es un elemento altamente inflamable, de llama incolora y mediana capacidad energética.

Sin embargo, el panorama es alentador, a tal punto que algunos constructores de automóviles como Toyota, han anunciado una reducción en su presupuesto de investigación en electro-movilidad, y se volcarán al desarrollo de celdas de combustible; una de las tantas soluciones de movilidad que veremos a futuro, donde seguro coexistirán los combustibles fósiles, las fuentes renovables de energía, los combustibles sintéticos, los vehículos enchufables eléctricos, las unidades hibridas y por supuesto, los vehículos movidos por el revolucionario hidrógeno verde.