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Semi en una autopista

Por qué el futuro del transporte pesado de larga distancia probablemente incluya mucho hidrógeno

21 de mayo de 2021

La crisis climática exige que descarbonicemos nuestros sistemas de transporte mundial. Para cumplir este requisito, la supuesta solución desde hace tiempo es "electrificar todo". Tanto los expertos técnicos como la opinión pública preocupada por el clima han defendido durante mucho tiempo la idea de que el futuro será el de una electricidad limpia que alimente casi todos los aspectos de nuestra vida. Y yo me lo creí... al menos durante un tiempo. No fue hasta que empecé a estudiar los detalles que rodean los retos de poner una batería en un coche, un camión o un barco de contenedores que me di cuenta de que las cosas son mucho más complicadas que adscribirse al lema aspiracional.

Para ser claros, las baterías probablemente tendrán mucho sentido para ciertos elementos del transporte por carretera. De hecho, empresas muy conocidas en el ámbito de los vehículos eléctricos, como Tesla, tienen un producto en el horizonte para abordar los recorridos de media distancia, de entre 300 y 500 millas. Sin embargo, para las rutas de larga distancia hay una tecnología más adecuada: la pila de combustible de hidrógeno. Los camiones de pila de combustible utilizan el mismo tren motriz eléctrico básico que los camiones de batería (e incluso tienen una batería), pero debido a su almacenamiento de hidrógeno a bordo, los camiones de pila de combustible tienen una autonomía mucho mayor, requieren menos paradas en rutas largas, pueden repostar mucho más rápido y tienen menos riesgo de pérdida de capacidad de carga. Otra gran empresa, Daimler, está trabajando activamente con esta tecnología de propulsión, y actualmente está probando un nuevo producto con una autonomía de 1.000 km (625 millas) o más. En resumen, los camiones de pila de combustible tienen muchas de las ventajas del gasóleo, sin las emisiones perjudiciales.

El viejo aforismo de que el tiempo es oro es especialmente cierto en el negocio del transporte de mercancías. Después del combustible, la mano de obra es la parte más costosa del presupuesto de una empresa de transporte. El incumplimiento de las fechas de entrega también puede dar lugar a sanciones para la empresa, dependiendo del lenguaje contractual específico. Por ello, la primera razón por la que gran parte del sector del transporte pesado de larga distancia se basará probablemente en las pilas de combustible de hidrógeno es el tiempo. Un camión de larga distancia de la clase 8 con un depósito de hidrógeno de 100 kg puede repostar aproximadamente 15 veces más rápido que la carga de una batería de 1 a 2 MWh necesaria en el equivalente de batería eléctrica. El tiempo de conducción a través del país puede llevar hasta un 35% menos de tiempo debido a la disminución del tiempo de permanencia, así como al menor número de paradas necesarias. Esto debería hacer que los camiones pesados de pila de combustible de hidrógeno sean la opción más atractiva para las empresas que se dedican a mover mercancías de forma eficiente por todo el país.

La segunda razón es que la pila de combustible de hidrógeno también tiene ventaja sobre los camiones eléctricos en lo que respecta a la capacidad de carga. La batería de 1 a 2 MWh necesaria para un camión de larga distancia será mucho más pesada que un depósito lleno de gasóleo o una configuración de pila de combustible, que normalmente sólo necesita una pequeña batería de 20 a 100 kWh para acompañar al hidrógeno. Mi análisis muestra que si se parte de un camión de clase 8 con un peso máximo de 80.000 libras y se asume una masa de batería de 4 kg/kWh (algo que se ha conseguido en los vehículos de pasajeros, pero que aún no se ha probado para las grandes baterías necesarias en los camiones pesados y los sistemas de refrigeración que las acompañan), un vehículo de pila de combustible de hidrógeno pierde aproximadamente 1.000 libras de capacidad de carga, mientras que un vehículo eléctrico de batería perdería potencialmente unas 5.000 libras, en comparación con los camiones diésel de hoy en día. Además, si no podemos llegar a una batería de 4 kg/kWh relativamente pronto, podemos esperar mayores pérdidas de capacidad de carga de 10.000 a 15.000 libras a corto plazo con la configuración de batería eléctrica. La batería más pequeña utilizada en la configuración de pila de combustible de hidrógeno también pesaría más en este caso, pero incluso en el peor escenario, sólo perdería aproximadamente 2.000 libras de capacidad de carga. En resumen, las empresas que utilicen camiones de pila de combustible de hidrógeno disfrutarán de todas las ventajas de la reducción de emisiones, sin sacrificar gran parte del espacio de carga que necesitan. De hecho, su capacidad de carga sería comparable a la de las flotas diesel actuales.

La tercera razón por la que la pila de combustible de hidrógeno puede tener más sentido para el negocio del transporte de larga distancia es la flexibilidad. Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno tienen más autonomía que sus homólogos eléctricos, y se espera que alcancen el doble de kilómetros por carga completa/tanque. Una flota totalmente eléctrica podría manejar muchas cargas regionales, corriendo a lo largo de un radio hacia y desde un centro, pero un vehículo de pila de combustible de hidrógeno podría manejar la entrega regional, así como cubrir rutas más largas con poco tiempo necesario para repostar. Una flota más flexible es la que más puede ganar para la empresa.

Por último, el coste total de propiedad (TCO) es menor en los camiones de pila de combustible de hidrógeno. Aunque el precio del hidrógeno y una eficiencia algo menor comparada con la de los camiones eléctricos de batería podrían dar lugar a unos costes de combustible relativos elevados para la configuración de pila de combustible de hidrógeno, el análisis preliminar del NREL concluye que un camión pesado de larga distancia eléctrico de batería tendrá un coste total de propiedad más elevado que su homólogo de hidrógeno. Esto se debe principalmente al gasto de capital de una batería más grande. El vehículo eléctrico de batería también tiene un tiempo medio de permanencia más largo -como se ha mencionado anteriormente- que cuesta dinero. En conjunto, el NREL concluye que el TCO de un camión de largo recorrido con pila de combustible de hidrógeno (de varios turnos y con peso limitado de clase 8) es un 15-25% menor en 2025. Dada su repercusión en los costes de transporte, el coste total de propiedad es uno de los parámetros más importantes para las empresas de transporte de mercancías y los usuarios finales, por lo que la pila de combustible de hidrógeno es una opción atractiva.

También hay que señalar que las ventajas potenciales de los camiones pesados de pila de combustible de hidrógeno no se limitan a los méritos del rendimiento o el coste de cada camión. Algunos análisis preliminares han demostrado que la infraestructura necesaria para apoyar una flota de camiones pesados totalmente eléctricos tendría que ser muy robusta en términos de tamaño, número y requisitos de potencia de las estaciones de carga. En concreto, la infraestructura eléctrica necesaria para las grandes estaciones de carga para camiones de larga distancia puede ser de 20 a 25 MW cada una y, en comparación con el diesel, puede ser necesario dar a estas estaciones de 3 a 4 veces más espacio - o construirlas de un tamaño similar pero en alrededor de 8 veces el número de ubicaciones. Por otro lado, la infraestructura equivalente para el hidrógeno tendría una huella similar a la del diésel, aunque las estaciones serían más caras y complejas.

Ahora bien, hay algunas aplicaciones en las que tiene sentido utilizar camiones eléctricos de batería en lugar de sus homólogos de pila de combustible de hidrógeno. Para viajes más cortos, por ejemplo, entregas regionales de ida y vuelta de 400 millas, o para camiones más pequeños, el coste total de propiedad de un camión eléctrico de batería es comparable al de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno. La infraestructura de recarga está más desarrollada, es más barata y menos compleja que las estaciones de hidrógeno, y el nivel de preparación tecnológica (TRL) es más alto para las transmisiones eléctricas, ya que la tecnología lleva más tiempo en el mercado. Sin embargo, para la operación de camiones pesados de larga distancia -algo que en la Estados Unidos todavía constituye el 40% de las rutas de camiones, consume el 75% de todo el combustible diesel utilizado por el sector del transporte por carretera (29 mil millones de galones de diesel, 3,9 quads), y representa aproximadamente el 17% de las emisiones de GEI del transporte, o 330 millones de toneladas deCO2 al año- el futuro probablemente incluye mucho hidrógeno.

En mi opinión, no es el momento de elegir una única fuente de energía para el transporte. Para el transporte por carretera, parece que el hidrógeno tendrá algunas ventajas significativas, así que ocupémonos de construir esa infraestructura en regiones y rutas clave. Al mismo tiempo, desarrollemos estaciones de carga de alta potencia que puedan soportar camiones pesados con baterías eléctricas y permitan una carga de alta velocidad para reducir los tiempos de permanencia. En resumen, en lugar de obligar a todo a electrificarse o a todo a utilizar el combustible que se prefiera, desarrollemos la tecnología y la infraestructura necesarias y utilicémoslas para la aplicación adecuada, incluyendo el aprovechamiento de las ventajas del hidrógeno para la operación de camiones pesados de largo recorrido. De este modo, podemos acelerar la proliferación de la energía limpia en el sector del transporte, ayudando a alcanzar nuestros objetivos climáticos y a asegurar nuestro futuro.

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