Híbridos y Eléctricos

HIDRÓGENO = “CREADOR DE AGUA”; MIRAI = “FUTURO”

Toyota, el hidrógeno y sus circunstancias

En japonés Mirai significa literalmente futuro, y la palabra hidrógeno, que viene del griego, quiere decir “crear agua”. Dos palabras que se encuentran unidas en las tecnologías aplicadas en el automóvil y que son la expresión de una voluntad de futuro.

Toyota Mirai.
Toyota Mirai.

Hoy le dedicamos espacio al Toyota Miari y en próximas entregas nos ocuparemos de otras marcas. Las propuestas del hidrógeno para un futuro próximo nos hace pensar en la importancia de tenerlas en cuenta y promocionarlas para una vida mejor. Las aplicaciones derivadas de este elemento químico, prometen usos y costumbres más sanas y respetuosas con el medio ambiente. Toyota así lo ha puesto por escrito en un compromiso de actuación medioambiental de futuro para conseguirlo.

Compromiso Toyota para un futuro mediambiental 

El “Toyota Environmental Challenge 2050” es el informe en el que Toyota marca sus objetivos para reducir el negativo impacto medioambiental que tienen tanto el uso como la fabricación de los vehículos actuales. Para cumplir este reto, la compañía plantea seis objetivos individuales en tres áreas:

1. Nuevos vehículos con emisiones cero de CO2

2. Eliminar las emisiones de CO2 en toda la cadena de producción de los vehículos

3. Minimizar y optimizar el uso de recursos en la producción de vehículos y potenciar la fabricación de vehículos con facilidad para su desmantelamiento y reciclado.

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En el proceso de transición cuenta para el período 2016 a 2021, el de conseguir a través de su sexto plan de actuación medioambiental los siguientes objetivos:

- Reducir una media del 22% las emisiones de  CO2 de los vehículos en el año 2020 respecto de las emisiones de los vehículos en el año 2010.

- Alcanzar unas ventas anuales de 1.5 millones de vehículos híbridos anuales, con unas ventas acumuladas de 15 millones de vehículos híbridos en el año 2020.

- Alcanzar unas ventas globales de más de 30.000 vehículos equipados con celdas de combustible con hidrógeno alrededor del año 2020, de las cuales 1000 unidades/mes serán vendidas en Japón.

- Comenzar la venta de autobuses con celda de combustible de hidrógeno en pequeño número el año 2017, focalizando las ventas en Tokio, para alcanzar la venta de 100 autobuses en el año 2020 coincidiendo con los juegos Olímpicos de Tokio.

- Investigar en sistemas de propulsión eléctrica, baterías, para desarrollar una nueva generación de vehículos eléctricos con mayor eficiencia y capacidad de almacenamiento.

El Toyota Mirai y el hidrógeno

El Toyota Mirai es un berlina de pila de combustible y utiliza la pila de combustible Fuel Cell Vehicle (FCV), que funciona gracias a la combinación de hidrógeno y oxígeno en su grupo de pila de combustible (FC stack), donde se genera la electricidad que mueve el motor eléctrico e impulsa el vehículo.  Incorpora tecnología de pila de combustible y tecnología híbrida, e incluye el nuevo diseño de grupo FC stack y los depósitos de hidrógeno a alta presión patentados por Toyota.

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El grupo FC se puede describir como una pequeña central de generación eléctrica. Se distingue de una pila seca convencional en que genera la electricidad mediante la reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. Puede seguir produciendo electricidad sin perder potencia, mientras no se interrumpa el suministro de oxígeno y de hidrógeno. El grupo FC desempeña la función del motor de gasolina en un vehículo híbrido, porque tanto uno como otro son dispositivos que generan energía mediante la admisión de “combustible”, aunque la pila de combustible lo haga sin quemarlo. La eficiencia de la conversión de combustible en energía es el doble que la de los vehículos de gasolina.

El hidrógeno en pocas palabras

- El gas más ligero de la Tierra. Incoloro, inodoro e inocuo.

- Durante la generación de electricidad, el hidrógeno se une al oxígeno para formar agua. Por lo tanto, no hay emisiones de CO2.

- A diferencia del CO2, el hidrógeno no adsorbe la radiación infrarroja, lo que significa que no tiene efectos sobre el calentamiento global.

- Se licua a una temperatura aproximada de -253ºC.

Cuestiones sobre la aplicación del hidrógeno

¿A qué llamamos sociedad del hidrógeno?

El hablar de la sociedad del hidrógeno, o la economía del hidrógeno, nos remite a la visión de utilizar el hidrógeno como energía sin carbono y como fuente energética que puede sustituir a los combustibles fósiles convencionales.

¿Por qué interesa el hidrógeno?

El hidrógeno es interesante porque se puede almacenar, transportar y transformar en energía (agua y calor), emitiendo únicamente agua. Sin embargo, el hidrógeno no se encuentra de forma pura en la Tierra. Es preciso producirlo a partir de otros compuestos, como agua, gas natural o biomasa, y claro está, se necesita energía para convertirlos en hidrógeno puro. Por ello, es más exacto describir el hidrógeno no como fuente de energía sino como vector energético o medio de almacenamiento.

Toyota, el hidrógeno y sus circunstancias

¿Cuál es su impacto medioambiental y su aplicación?

El impacto medioambiental del uso del hidrógeno depende, pues, de la huella de carbono durante su producción. Una de las aplicaciones potencialmente más útiles del hidrógeno es en coches o autobuses eléctricos, a través de una pila de combustible que convierte el hidrógeno y el aire en electricidad.

El hidrógeno también puede resultar útil para almacenar energía renovable de fuentes intermitentes; por ejemplo, cuando sopla el viento pero no hay una elevada demanda de electricidad. En ese contexto, es una gran alternativa a las baterías de gran escala u otros sistemas de almacenamiento, especialmente ahora que las fuentes intermitentes ganan importancia en las redes de la UE. Actualmente, Hamburgo demuestra que el almacenamiento mediante el hidrógeno del superávit energético, también llamado power-to-gas, es una opción inteligente, con el proyecto ‘Power to gas for Hamburg’. Otra posibilidad es utilizar el hidrógeno como combustible de calefacción en nuestros domicilios y edificios, ya sea mezclado con gas natural o por sí solo.

Es precisamente la flexibilidad que ofrece el hidrógeno la que hace que pueda resultar tan útil en futuros sistemas energéticos bajos en carbono. Se puede producir a partir de una gran variedad de recursos y se puede utilizar en un amplio abanico de aplicaciones. Además, el hidrógeno ya se utiliza ampliamente en el sector químico, de modo que la industria está familiarizada con su producción, manipulación y distribución a gran escala. Por todos esos motivos, muchos expertos ven el hidrógeno como un factor clave para hacer posible el sistema energético bajo en carbono de menor coste y se puede utilizar en un amplio abanico de aplicaciones.

Cómo genera energía el grupo de pila de combustible

La unidad más pequeña de una pila de combustible (una celda) comprende una membrana de electrolito, un par de electrodos (negativo y positivo) y dos separadores. A pesar de que cada celda tiene un voltaje limitado de 1 V o menos, se puede conseguir una potencia importante para impulsar un vehículo conectando varios cientos de celdas en serie para incrementar el voltaje. La combinación de estas celdas se denomina grupo de pila de combustible, o FC stack, y este grupo es a lo que suele hacerse referencia a hablar de pilas de combustible. 

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En una pila de combustible, la electricidad se genera a partir de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se suministra al electrodo negativo, donde se activa en el catalizador y se produce la liberación de electrones. Los electrones liberados del hidrógeno se desplazan de los electrodos negativos a los electrodos positivos, lo que genera electricidad. El hidrógeno que libera electrones se convierte en iones de hidrógeno que se desplazan al lado positivo pasando por la membrana de electrolito polímero. En el catalizador del electrodo positivo, el oxígeno, los iones de hidrógeno y los electrones se combinan para formar agua.

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El sistema TFCS combina las tecnologías híbrida y de pila de combustible

El sistema de pila de combustible de Toyota —Toyota Fuel Cell System (TFCS)— adopta un moderno grupo de pila de combustible compacto de alto rendimiento.

El Mirai se ha desarrollado en torno a las tecnologías de recuperación de la energía durante el frenado, y a la tecnología híbrida de alto rendimiento y gran eficiencia para asistir durante el arranque del motor y la aceleración. Se seleccionan adecuadamente dos fuentes energéticas, el grupo de pila de combustible y la batería, para impulsar el motor de una forma más respetuosa con el medio ambiente.

Aplicación para el impulso del motor

El Mirai es un híbrido que combina un grupo de pila de combustible con una batería. En su origen, la tecnología híbrida implica una combinación de dos tipos distintos. Generalmente, un vehículo híbrido es aquel que funciona de forma eficiente con una combinación de dos fuentes energéticas: un motor de gasolina y un motor eléctrico. Un FCV como el Mirai se diferencia ligeramente de los vehículos híbridos convencionales en que se trata de un híbrido que combina un grupo de pila de combustible y una batería como fuentes de energía para transmitir al motor eléctrico. La batería proporciona una energía adicional durante la aceleración, igual que en otras tecnologías híbridas encaminadas a conseguir un funcionamiento más potente y eficiente.

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