Por qué el futuro del transporte pesado de larga distancia probablemente incluya mucho hidrógeno
El desafío climático exige que descarbonicemos nuestros sistemas de transporte mundial. Para cumplir este requisito, la supuesta solución desde hace algún tiempo es "electrificarlo 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 un futuro de electricidad limpia que alimente prácticamente 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 portacontenedores cuando me di cuenta de que las cosas son mucho más complicadas que adscribirse al lema aspiracional.
Para ser claros, es probable que las baterías tengan mucho sentido para determinados elementos del transporte por carretera. De hecho, empresas muy conocidas en el sector de los vehículos eléctricos, como Tesla, tienen en el horizonte un producto para distancias medias, de 300 a 500 millas. Sin embargo, para las rutas de larga distancia existe una tecnología más adecuada: la pila de combustible de hidrógeno. Los camiones de pila de combustible utilizan la misma transmisión eléctrica básica que los camiones de batería (e incluso tienen una batería), pero gracias 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 transportar más carga. Otra gran empresa, Daimler, trabaja activamente con esta tecnología de propulsión y está probando un nuevo producto con una autonomía de 1.000 km o más. En resumen, los camiones de pila de combustible tienen muchas de las ventajas de los vehículos diésel, pero sin las emisiones nocivas.
Antes de comentar nuestro análisis de las ventajas técnicas y operativas de las pilas de combustible de hidrógeno en comparación con las configuraciones de propulsión eléctrica con batería, cabe señalar que, aunque no era el objetivo de nuestro modelo, el coste total de propiedad (CTP) es un parámetro importante a tener en cuenta. Se trata de un tema de debate activo y no todos los análisis recientes llegan a la misma conclusión. Por ejemplo, el ICCT analizó algunos elementos del TCO, principalmente los costes de los componentes y del combustible, y determinó que el coste operativo de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno seguirá siendo lo suficientemente alto como para afectar negativamente a la penetración en el mercado en comparación con los camiones eléctricos de batería. Por otro lado, un documento reciente del NREL concluía lo contrario, que un camión pesado de larga distancia eléctrico de batería (750 millas de autonomía, varios turnos, clase 8 con peso limitado) tendrá un coste total de propiedad superior al de su homólogo de hidrógeno, a pesar de que el precio del hidrógeno sigue siendo alto y las pilas de combustible tienen una eficiencia algo menor en comparación con las baterías. Esto se debe principalmente al gasto de capital de una batería más grande y a un tiempo medio de permanencia más largo, algo que cuesta dinero. Reconocemos que se trata de un debate sin resolver. Por eso, en este trabajo analizamos otra dimensión de la tecnología, el rendimiento operativo, algo que no se ha examinado tan de cerca como el coste total de propiedad, y descubrimos que los vehículos de pila de combustible de hidrógeno tienen algunas ventajas decisivas sobre las configuraciones eléctricas de batería para el transporte pesado de larga distancia.
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 los plazos de entrega también puede acarrear penalizaciones para la empresa, dependiendo del lenguaje contractual específico. Así pues, 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 1-2 MWh necesaria en el equivalente eléctrico de batería. Los trayectos a través del país pueden llevar hasta un 35% menos de tiempo debido a la reducción del tiempo de espera y al menor número de paradas necesarias. Esto debería convertir a los camiones pesados de pila de combustible de hidrógeno en la opción más atractiva para las empresas dedicadas al transporte eficiente de mercancías por todo el país.
La segunda razón es que los camiones impulsados por pilas de combustible de hidrógeno también tienen ventaja sobre los eléctricos en lo que se refiere a capacidad de carga. La batería de 1-2 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 20-100 kWh para acompañar al hidrógeno. Mi análisis muestra que si se parte de un camión de clase 8 de 80.000 libras de peso máximo y se asume una masa de batería de 4 kg/kWh (algo que se ha conseguido en vehículos de pasajeros, pero que aún no se ha probado para las grandes baterías que necesitan los camiones pesados y los sistemas de refrigeración que las acompañan). Un vehículo de pila de combustible de hidrógeno pierde aproximadamente 500 libras de capacidad de carga, mientras que un vehículo eléctrico de batería perdería potencialmente alrededor de 4.000 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 8.000-15.000 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 de los casos sólo perdería aproximadamente 1.000 libras de capacidad de carga. En conjunto, las empresas que utilicen camiones de pila de hidrógeno disfrutarán de la mayor parte de 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 diésel actuales.
La tercera razón por la que las pilas de combustible de hidrógeno pueden 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/depósito. Una flota totalmente eléctrica podría manejar muchas cargas regionales, recorriendo un radio de ida y vuelta a un centro, pero un vehículo de pila de combustible de hidrógeno podría manejar entregas regionales, así como cubrir rutas más largas con poco tiempo necesario para repostar. Una flota más flexible es la que puede reportar más beneficios a la empresa.
Por último, cabe 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. Nuestro análisis, que parte de la base de una penetración del 100% de los vehículos de emisiones cero en el mercado (tanto eléctricos de pila de combustible como eléctricos de batería) y de camiones activos 24 horas al día, siete días a la semana, ha demostrado que la infraestructura necesaria para el escenario eléctrico de batería tendría que ser muy robusta en términos de tamaño de la estación de carga y requisitos de potencia. En concreto, la infraestructura eléctrica necesaria para las grandes estaciones de carga de camiones de larga distancia se sitúa entre 22 y 28 MW, y en comparación con el diesel, esas estaciones de carga tendrían que ser unas 10 veces más grandes para tener el espacio necesario para que los camiones pasen horas cargando. Por otro lado, la infraestructura equivalente para el escenario de pila de combustible totalmente de hidrógeno es comparativamente más similar, aproximadamente 3 veces el tamaño de una estación diesel típica, aunque una estación de hidrógeno que dispense 20-25 toneladas de hidrógeno al día sería más cara y compleja. La mayor parte de la superficie sería necesaria para albergar los tanques de almacenamiento de hidrógeno y los compresores a una distancia segura de los surtidores de combustible y otros servicios. Para que quede claro, estas cifras no son una proyección de los requisitos de infraestructura dentro de unos años, sino que sirven como estimaciones del límite superior de la carga en la infraestructura de transporte de mediados de siglo si todos los camiones diésel en la carretera fueran sustituidos por vehículos de pila de combustible de hidrógeno o vehículos eléctricos de batería.
Ahora bien, hay aplicaciones en las que sí 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, un camión eléctrico de batería se compara bien con un vehículo de pila de combustible de hidrógeno. La infraestructura de recarga también está más desarrollada, es más barata y menos compleja que las estaciones de hidrógeno, y el TRL, o nivel de preparación tecnológica, es más alto para las transmisiones eléctricas, ya que la tecnología lleva más tiempo en el mercado. Sin embargo, en el caso concreto de los camiones pesados de largo recorrido -que consumen el 49% de todo el gasóleo utilizado por el sector del transporte de mercancías en Estados Unidos y son responsables de aproximadamente el 13% de las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte, o 211 millones de toneladasde CO2eal año- el futuro probablemente incluya mucho hidrógeno.
En mi opinión, no es el momento de elegir una única fuente de energía para el transporte. Para el transporte por camión, parece que el hidrógeno tendrá algunas ventajas significativas, así que pongámonos manos a la obra para construir esa infraestructura en regiones clave y a lo largo de rutas clave. Al mismo tiempo, desarrollemos estaciones de carga de alta potencia que puedan soportar camiones pesados eléctricos de batería y permitan la carga a alta velocidad para reducir los tiempos de espera. En resumen, en lugar de obligar a todo a electrificarse o a todo a utilizar un combustible concreto, desarrollemos la tecnología y la infraestructura necesarias y utilicémoslas para la aplicación adecuada, incluido el aprovechamiento de las ventajas del hidrógeno para el transporte pesado de larga distancia. De este modo, podemos acelerar la proliferación de energías limpias en el sector del transporte, contribuyendo a alcanzar nuestros objetivos climáticos y a asegurar nuestro futuro.
