Cómo funciona un vehículo eléctrico a Hidrógeno: El caso del Toyota Mirai

En la carrera por la movilidad sostenible, los vehículos eléctricos han tomado la delantera como una de las soluciones más viables para reducir la contaminación y la dependencia de combustibles fósiles.

Sin embargo, dentro de esta categoría existen distintas tecnologías que buscan ofrecer alternativas más eficientes y con mayor autonomía. Una de ellas es la de los vehículos eléctricos de celdas de combustible (FCEV, por sus siglas en inglés), que utilizan hidrógeno como fuente de energía para generar electricidad.

Los FCEV se diferencian de los demás tipos de vehículos híbridos y eléctricos que son vehículos eléctricos híbridos (HEV, por sus siglas en inglés); eléctricos híbridos Plug-In o “enchufables” (PHEV); eléctricos a batería (BEV).

Uno de los modelos más representativos de esta tecnología FCEV es el Toyota Mirai, un automóvil que sólo emite agua como residuo y ha demostrado que el hidrógeno puede jugar un papel clave en la descarbonización del transporte.

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Pero, ¿cómo funciona realmente un vehículo de hidrógeno y qué ventajas ofrece frente a otras opciones eléctricas?

Funcionamiento de un vehículo eléctrico a hidrógeno

A diferencia de los vehículos eléctricos a batería (BEV), que almacenan energía en acumuladores recargables desde una fuente externa, los vehículos eléctricos de celdas de combustible producen su propia electricidad a bordo a partir de una reacción química entre hidrógeno y oxígeno.

El proceso se lleva a cabo en la pila de combustible, que convierte el hidrógeno almacenado en los tanques del vehículo en electricidad mediante una reacción electroquímica. Veamos el paso a paso del funcionamiento del Toyota Mirai.

Almacenamiento del hidrógeno

- El Toyota Mirai cuenta con dos tanques de hidrógeno de alta presión, diseñados para contener este gas en estado comprimido y garantizar la seguridad del sistema.

- Estos tanques pueden almacenar hasta 5.6 kg de hidrógeno, suficiente para recorrer aproximadamente 650 km con una sola carga.

Generación de electricidad en la pila de combustible

- El hidrógeno es enviado a la pila de combustible, donde se combina con oxígeno proveniente del aire exterior.

- Dentro de la pila, el hidrógeno se divide en protones y electrones gracias a una membrana de intercambio de protones (tecnología PEM).

- Los electrones generados crean una corriente eléctrica que alimenta el motor eléctrico del vehículo.

- Como subproducto de la reacción, se genera agua en estado líquido o vapor, que es liberada sin ningún impacto ambiental.

Alimentación del motor eléctrico

- La electricidad generada por la pila de combustible se utiliza para alimentar un motor eléctrico de alta eficiencia, que es el encargado de impulsar las ruedas del Toyota Mirai.

- A diferencia de los motores de combustión interna, el motor eléctrico es más silencioso, reduce vibraciones y mejora la experiencia de conducción.

Batería de apoyo y regeneración de energía

- Aunque la pila de combustible genera la electricidad principal, el Mirai también cuenta con una batería de iones de litio que almacena energía para optimizar el rendimiento y mejorar la eficiencia del sistema.

- El vehículo aprovecha la frenada regenerativa, transformando la energía cinética en electricidad para recargar la batería auxiliar.

Beneficios del hidrógeno como fuente de energía

Cero emisiones contaminantes

El mayor atractivo de los vehículos de hidrógeno es que no emiten dióxido de carbono (CO₂) ni otros contaminantes. Su único residuo es agua pura, lo que los convierte en una alternativa limpia frente a los motores de combustión interna.

Mayor autonomía y rapidez de recarga

Uno de los desafíos de los vehículos eléctricos a batería es el tiempo de recarga y la autonomía limitada. En cambio, un FCEV como el Toyota Mirai: Puede recargarse en menos de 5 minutos, similar a un vehículo de gasolina. Su autonomía es de aproximadamente 650 km por carga, superior a la de muchos autos eléctricos a batería.

Abundancia del hidrógeno y versatilidad de producción

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y puede obtenerse de múltiples fuentes, incluyendo: Electrólisis del agua (cuando se usa energía renovable, se obtiene "hidrógeno verde"). Reformado de gas natural (aunque con emisiones de CO₂, es actualmente el método más utilizado). Biomasa y residuos orgánicos, una opción en desarrollo para producir hidrógeno de manera sostenible.

Aplicaciones en transporte pesado e infraestructura energética

Toyota no solo apuesta por el hidrógeno en autos particulares, sino también en camiones, autobuses y otros vehículos de larga distancia. Incluso se investiga su uso para generar energía doméstica con cartuchos intercambiables de hidrógeno.

Desafíos y futuro del hidrógeno en la movilidad

Pese a sus ventajas, los vehículos de hidrógeno enfrentan algunos desafíos antes de convertirse en una solución masiva:

Infraestructura de carga insuficiente

Actualmente, las estaciones de hidrógeno son escasas en comparación con los puntos de carga para autos eléctricos a batería. Sin embargo, países como Japón, Alemania y Estados Unidos están invirtiendo en la expansión de esta infraestructura.

Costos de producción y almacenamiento

La producción de hidrógeno verde aún es costosa en comparación con los combustibles fósiles. Además, su almacenamiento y transporte requieren tecnologías avanzadas debido a su alta volatilidad.

Competencia con los vehículos eléctricos a batería

Los BEV han avanzado rápidamente en términos de autonomía y reducción de costos. Sin embargo, los FCEV siguen siendo una opción atractiva para transporte pesado y aplicaciones donde la carga rápida es fundamental.

Toyota Mirai y su récord mundial de autonomía

Para demostrar la eficiencia del hidrógeno como fuente de energía, en 2021 el Toyota Mirai batió un Récord Guinness al recorrer 1.360 km con una sola carga en California.

Esta hazaña demostró que los vehículos de hidrógeno pueden superar con creces la autonomía de los autos eléctricos convencionales.

¿Es el hidrógeno el futuro del transporte?

El Toyota Mirai es un ejemplo claro de cómo los vehículos eléctricos de celdas de combustible pueden jugar un papel clave en la movilidad sostenible.

Su capacidad de generar electricidad sin emisiones contaminantes, su rápida recarga y su alta autonomía lo posicionan como una alternativa real a los autos eléctricos a batería.

No obstante, su masificación dependerá del desarrollo de una infraestructura adecuada y de la reducción de costos en la producción de hidrógeno verde.

Si estos desafíos se superan, la tecnología FCEV podría convertirse en una de las soluciones más eficientes para alcanzar la neutralidad de carbono en el transporte.

Mientras tanto, Toyota sigue apostando por un futuro en el que el hidrógeno y la electrificación sean pilares fundamentales de una movilidad limpia y sostenible.