Una movilidad más limpia con los vehículos a base de hidrógeno

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Los motores de combustión interna de hidrógeno prometen dos objetivos tan pioneros tecnológicamente como aconsejables desde el punto de vista medioambiental: traer a nuestras carreteras automóviles más limpios y convertir a Europa en el líder mundial de una economía basada en el hidrógeno. El proyecto europeo de investigación HyICE, coordinado por el Grupo BMW y que cuenta con la partipación de once socios de cuatro Estados miembros de la UE, se sitúa a la vanguardia de esta campaña de futuro.

El proyecto ha dado pasos de gigante hacia este doble objetivo mediante la optimización de los motores de combustión interna a hidrógeno. Su equipo ha conseguido espectaculares mejoras tanto en la eficiencia energética y la potencia del motor como en el desarrollo de los componentes necesarios para hacer realidad los vehículos propulsados por hidrógeno. HyICE ya ha lanzado al mercado una herramienta de cálculo adaptada al hidrógeno para el desarrollo de la producción en serie.

Ésta ha sido la primera vez que un proyecto de investigación se ha centrado exclusivamente en el motor de combustión de hidrógeno y, por tanto, en el estudio de las propiedades específicas del hidrógeno. Los motores diseñados con anterioridad servían tanto para gasolina como para hidrógeno, debido a la falta de estaciones de servicio equipadas para repostar hidrógeno. Pero en Alemania, Escandinavia, Japón y Norteamérica ya se están poniendo en marcha instalaciones para vehículos propulsados únicamente por hidrógeno.

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Un simple gas que resuelve un problema complejo

El objetivo del proyecto HyICE era desarrollar un motor de combustión interna que utilizara el hidrógeno como vector de combustible. El gran desafío era conseguir un nuevo tipo de motores que tuviera la misma eficacia que la de los motores diésel, pero sin su efecto contaminante. Y al mismo tiempo, evitar en lo posible cualquier pérdida de potencia.

El empleo de motores de combustión interna, ya consolidados, permite que la energía química del hidrógeno pueda transformarse directamente en energía de propulsión mecánica. La competitividad de Europa está íntimamente ligada a su capacidad para transportar mercancías de manera eficiente y rentable, y hoy por hoy resulta de vital importancia considerar el coste medioambiental que acarrea el transporte. El hidrógeno prácticamente no genera emisiones nocivas, y por eso se puso en marcha el proyecto HyICE.

En esencia, HyICE se enfoca en los sistemas de propulsión por hidrógeno. Sin embargo, a buen seguro, la tecnología desarrollada por este proyecto tendrá repercusiones de alcance mucho mayor en un futuro próximo, puesto que podría ser adoptada, adaptada y utilizada por todas las industrias en las que se necesita generar energía estacionaria.

A los mencionados motivos para el desarrollo de los motores de combustión interna a base de hidrógeno, hay que añadir la ofensiva emprendida para liberar a la UE de su dependencia del exterior derivada de sus limitados recursos de combustibles fósiles. Más allá de ello, la estricta normativa medioambiental de la UE ha empujado a los investigadores y desarrolladores a investigar sobre combustibles alternativos. El hidrógeno es óptimo en ese sentido: constituye el único vector energético que no genera emisiones de carbono y que, a la vez, se vislumbra con el potencial suficiente para ofrecer las soluciones limpias que se precisan.

Efecto HyICE: una potencia que supera al motor más moderno

HyICE está estructurado en múltiples subproyectos. Así, por ejemplo, se investigaron también dos enfoques para la formación de la mezcla: la inyección directa de hidrógeno y la inyección de hidrógeno ultracongelado en la válvula de admisión del motor. En este último caso, la inyección se lleva a cabo a muy bajas presiones, en las mismas condiciones en las que se almacena el hidrógeno en el depósito de combustible del vehículo. Ambos enfoques demostraron una eficacia similar, al producir un aumento de potencia de un 25 %. En otros subproyectos se desarrollaron nuevos inyectores de hidrógeno apropiados para los principios específicos de formación de la mezcla. Para apoyar el proceso de desarrollo de los motores de cara a su futura producción en serie, los investigadores adaptaron módulos de Dinámica de Fluidos Computacional (DFC) y los validaron mediante experimentos. Estos módulos ya probados se integraron en una herramienta comercial de cálculo que ya está disponible para cualquier fabricante de motores.

Otro éxito indiscutible fue la impresionante mejora de la eficiencia energética de los motores de hidrógeno, al conseguir una densidad de potencia de 100 kilovatios por litro (kW/l) de desplazamiento, lo que equivale a una potencia de alrededor de 136 caballos de vapor (CV). Esto supera con creces el nivel medio de un motor diésel moderno para coche, que es de aproximadamente 77 kW/l ó 105 CV.

Un equipo de alto nivel a todo gas

En su afán de disponer de un equipo de alto nivel, HyICE recurrió a especialistas de todo el mundo, quienes también compartieron regularmente sus conclusiones con investigadores de los laboratorios del Departamento de Energía de los Estados Unidos, así como con distintas universidades de este país. La UE y Estados Unidos ya gozaban de fuertes vínculos en este ámbito, que se remontan al año 2001 con un acuerdo de cooperación sobre investigación en materia de hidrógeno y pilas de combustible. Los positivos frutos de HyICE tendrán repercusiones más allá de las fronteras de Europa. Además de convertirse en líder en motores de combustión innovadores, con este proyecto Europa también se ha situado a la cabeza en la carrera de la investigación sobre el hidrógeno en general. En su línea de constante actuación, hay que destacar también que la UE ha propuesto una Iniciativa Tecnológica Conjunta (ITC) sobre hidrógeno y pilas de combustible impulsada por la industria europea y que recibe financiación comunitaria.

Un futuro hidrogenado, próspero y sin contaminación

Los motores diésel y de gasolina actuales constituyen unos convertidores de energía económicos. Los costes de la producción en serie de motores que funcionen exclusivamente con hidrógeno y diseñados conforme a las investigaciones de HyICE serán aproximadamente los mismos. Los resultados del proyecto demuestran que los motores de hidrógeno tienen la capacidad de superar la eficiencia de la tecnología diésel, sin por ello contaminar.

Si se combinara esto con una gestión optimizada de la energía del vehículo, se podría alcanzar un consumo de 1 kg de hidrógeno/100 km – lo que representa 3,7 l de gasolina/100 km – en los turismos. Lo que ahora hace falta es la infraestructura adecuada para que, de hecho, estos motores lleguen a los vehículos y a las carreteras. Por lo tanto, el siguiente paso es avanzar en la investigación sobre dos áreas: la producción de hidrógeno, y su almacenamiento y suministro. Como siempre, la investigación realizada en los laboratorios necesita ser aplicada en la práctica para su correcta evaluación. De esto precisamente se encargan ahora otros proyectos financiados por la UE, como HyFLEET: CUTE, que está probando el motor de hidrógeno en 47 autobuses que operan en condiciones reales en 10 grandes ciudades, entre ellas Ámsterdam, Barcelona, Pekín, Perth y Reikiavik.

HyICE no sólo está realizando una labor fundamental de investigación para el desarrollo de componentes vitales de los motores propulsados por hidrógeno, tales como la lubricación o los anillos y camisas para pistones. Este proyecto se ha convertido, por derecho propio, en el heraldo que anuncia un futuro prometedor, al ofrecer no sólo una solución económica para el transporte, sino también una propuesta de una nueva economía basada en las múltiples ventajas del hidrógeno.