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Tres ventajas potenciales del transporte por camión a hidrógeno y lo que se necesita para aprovecharlas

14 de marzo de 2023 Área de trabajo: Combustibles Cero Carbono

En la actualidad, el 80% de la demanda mundial de energía se satisface con combustibles fósiles como la gasolina, el gasóleo, el combustible para aviones, el queroseno y el búnker, que bombean grandes cantidades de dióxido de carbono y otros contaminantes nocivos a la atmósfera. La electrificación y el desarrollo de la electricidad sin emisiones desempeñarán un papel fundamental en la descarbonización, pero algunas industrias importantes son difíciles de electrificar. El transporte pesado de larga distancia es una de ellas. 

En Estados Unidos, el transporte pesado de larga distancia representa casi la mitad del consumo nacional de combustible diésel en carretera que emite carbono y aproximadamente el 13% de las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte de Estados Unidos . Por desgracia, este tipo de transporte, al igual que la navegación marítima y la aviación, es un caso de uso final en el que el peso del vehículo y las necesidades energéticas pueden dificultar la descarbonización únicamente con baterías a bordo. 

Los combustibles de carbono cero, como el hidrógeno de bajas emisiones, que no contiene carbono ni produce dióxido de carbono cuando se quema o se utiliza en una pila de combustible, pueden desempeñar un valioso papel en la descarbonización de los sistemas difíciles de electrificar, siempre que el hidrógeno se produzca de forma que se minimicen las emisiones de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, las instalaciones de producción que fabrican hidrógeno reformando gas natural deben estar equipadas con sistemas de captura de carbono, y el gas natural que utilizan debe proceder de sistemas que hayan tomado todas las medidas disponibles para reducir las emisiones de metano.   

El coste final del funcionamiento de la economía del hidrógeno también será importante para determinar su utilidad, y se están realizando esfuerzos para proyectar toda la gama de costes asociados a los camiones impulsados por pilas de combustible de hidrógeno y cómo se comparan esos costes con los de los sistemas impulsados por baterías y combustibles fósiles. Los estudios realizados hasta la fecha sugieren resultados muy diferentes en función de las hipótesis relacionadas con factores previos como la producción y el transporte del combustible. Sin embargo, en el caso de los camiones de larga distancia, un nuevo informe, el primero de su clase, CATF , compara el rendimiento operativo de los camiones propulsados por hidrógeno y los propulsados por baterías eléctricas e identifica varias ventajas de los camiones de pila de combustible de hidrógeno y de la infraestructura de abastecimiento de combustible que podrían ayudar a descarbonizar rápida y eficazmente ese sector.  

1. Los camiones pesados de hidrógeno se detienen menos veces y emplean menos tiempo en repostar. 

Para contextualizar, el informe simuló el rendimiento de los camiones eléctricos de batería (BEV) y de pila de combustible de hidrógeno (FCEV) y la infraestructura como alternativas al transporte por camión diesel en una ruta popular de larga distancia en Estados Unidos . También se asumió que la energía utilizada para alimentar el BEV y el FCEV no tiene emisiones de gases de efecto invernadero asociadas o son muy bajas y que todos los vehículos tenían un peso típico (un camión de clase 8 de 80.000 libras) para este tipo de viaje.  

Una de las primeras ventajas observadas en esta comparación es que el FCEV necesitó hacer menos paradas que el BEV a lo largo del viaje. Debido a su menor autonomía, el BEV tuvo que hacer 8 paradas en total, durante las cuales tuvo que cargar una parte importante de su batería (50 - 98%). En comparación, el FCEV necesitó tres paradas, normalmente para repostar tres cuartas partes del depósito, y la transmisión diésel sólo necesitó una parada. 

Una segunda ventaja, y más crítica, es que el FCEV necesitó pasar menos tiempo repostando durante todo el viaje. Este repostaje, o tiempo de permanencia, fue considerablemente más largo para el BEV porque cada parada para recargar lleva horas. Teniendo en cuenta el estado de carga en cada parada y sumándolo a lo largo de toda la ruta, el BEV estuvo cargando durante 43 horas y 48 minutos. Se trata de tiempo en el que la mercancía no está en movimiento, algo que puede afectar negativamente a los plazos de entrega y al funcionamiento general de la flota. Por el contrario, el tiempo total de carga de combustible del FCEV es de una hora y 24 minutos, aproximadamente una hora más que el vehículo diésel. 

2. Los camiones pesados de hidrógeno podrían tener más espacio para la carga 

Otra ventaja clave del camión FCEV es que puede transportar más carga. Esto se debe a que la batería de 1000 kWh requerida por el BEV podría causar una pérdida de 4.000-20.000 libras en la capacidad de carga. La pérdida de capacidad de carga tiene un efecto demostrable en las operaciones de la flota y, en algunos casos, puede requerir el uso de un camión BEV adicional, en comparación con un solo FCEV, para entregar toda la mercancía. 

Para que quede claro, el camión FCEV también tiene una batería, pero sólo es de 20 kWh y se utiliza para fines limitados (por ejemplo, subida de pendientes, aceleración repentina, aprovechamiento del frenado regenerativo). Esa batería de 20 kWh añade algo de peso, pero sólo supone una pérdida de unos cientos de kilos de capacidad de carga en comparación con lo que puede transportar un camión diésel. Los distintos diseños de FCEV pueden optar por una batería ligeramente mayor, potencialmente de hasta 100 kWh, pero dado que el hidrógeno funciona como principal fuente de energía, no se espera que el peso de la batería se convierta en una preocupación importante para los FCEV.    

3. La infraestructura de abastecimiento de combustible para camiones pesados de hidrógeno podría ser más fácil de construir 

El informe también compara las necesidades de infraestructura de carga y repostaje de cada tipo de camión a lo largo de la misma ruta mediante la simulación del tráfico de camiones durante 24 horas al día a lo largo de la misma ruta, para dos escenarios en los que los BEV o los FCEV representan el 100% de los camiones en circulación. En general, se constató que la construcción de una infraestructura de recarga para BEV probablemente requerirá un mayor número de estaciones o estaciones mucho más grandes para satisfacer la demanda, debido principalmente a la necesidad de los BEV de repostar con más frecuencia y a su mayor tiempo de permanencia o de carga. La infraestructura de hidrógeno también será difícil de construir, pero tiene la ventaja comparativa de ser más similar en tamaño y número de estaciones, así como operativamente familiar en comparación con la tecnología de repostaje de diesel, lo que potencialmente hace que haya menos barreras a la transición. 

¿Hay futuro para los camiones pesados de hidrógeno? 

En resumen, los FCEV superan a los BEV en cuanto al número de paradas necesarias (tres frente a ocho), el tiempo total de repostaje (1,4 horas frente a 43,8 horas) y el espacio disponible para la carga (teniendo en cuenta el peso de la cadena cinemática). Además, aunque la construcción de infraestructuras de recarga y repostaje para BEV y FCEV podría resultar igual de complicada, las estaciones para FCEV ocuparán menos espacio y probablemente no necesitarán ser tan numerosas, debido a la autonomía de los vehículos FCEV y a los rápidos tiempos de repostaje.      

Entonces, ¿significa eso que el futuro de la flota de camiones pesados de largo recorrido está lleno de camiones de hidrógeno? No necesariamente. Todavía tienen que pasar algunas cosas antes de que se produzca ese cambio. 

  1. Necesitamos financiación para la investigación y el desarrollo con el fin de garantizar que los camiones de hidrógeno sean igual o más eficientes que los camiones diésel de altas emisiones. También necesitamos más investigación y desarrollo para conseguir tiempos de repostaje iguales a los de los diésel, así como una reducción del peso de los componentes del tren motriz para minimizar las posibles limitaciones de capacidad de carga.  
  1. Debemos comprender mejor cómo afectaría la transición a los resultados de los camioneros y transportistas. En este informe no se ha evaluado el coste total de propiedad de ninguno de los dos sistemas de propulsión alternativos, un análisis que probablemente pondría de relieve otros obstáculos clave, como el modo en que el coste de producir, transportar y suministrar hidrógeno podría afectar negativamente a los gastos de explotación de las flotas. 
  1. Tenemos que seguir desarrollando la economía del hidrógeno de bajas emisiones y hacer realidad todo el potencial de los combustibles de carbono cero, entre otras cosas: 
  • Desarrollar infraestructuras de conexión, como conducciones específicas de hidrógeno, para anticiparse a la creciente demanda del mercado y evitar cuellos de botella en el suministro; 
  • Comercializar a gran escala la producción de hidrógeno como combustible con cero emisiones de carbono, en Estados Unidos , a través de medidas como el programa de Centros Regionales de Hidrógeno Limpio; y 
  • Desarrollar cadenas de suministro de hidrógeno que minimicen o eliminen las emisiones de la producción. 

Es probable que los camiones eléctricos de batería desempeñen un papel importante en la transición hacia vehículos de emisiones cero, pero dada la incertidumbre sobre la futura composición tecnológica de un sector del transporte descarbonizado, aprovechar las ventajas tanto de la tecnología BEV como de los FCEV de hidrógeno es una estrategia importante para descarbonizar de forma rápida y eficiente el transporte pesado de larga distancia. 

Lea el informe, Camiones pesados de largo recorrido con cero emisionespara una descripción detallada de los métodos de investigación y sus resultados. 

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