¿Qué componentes tiene un coche de hidrógeno?

Conoce la tecnología del nuevo Toyota Mirai 2.0

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo y la Tierra. Si bien apenas se encuentra en forma molecular libre, existe en numerosos compuestos como por ejemplo el agua, y para su obtención podemos emplear procesos que incluyen energía renovable. Conoce cómo funciona la pila de combustible de hidrógeno del nuevo Toyota Mirai.

El hidrógeno como fuente de energía puede utilizarse de diferentes maneras, pero la más habitual y la que tiene un mayor futuro es la pila de combustible. Esencialmente, los vehículos de pila de combustible de hidrógeno generan electricidad como resultado de un proceso por el cual combinan el hidrógeno almacenado en los depósitos con el oxígeno presente en el aire. Esta electricidad se almacena en una batería que alimenta un motor eléctrico, aunque la pila de combustible también puede suministrarle electricidad directamente junto a la batería en condiciones de alta demanda.

Por ello, un coche de hidrógeno es un vehículo eléctrico, que en lugar de cargar su batería conectándolo a la red eléctrica, genera la electricidad a bordo gracias a una reacción química.

Lo mejor de todo es que los coches de hidrógeno, como el nuevo Toyota Mirai, se benefician de las ventajas de un vehículo eléctrico cuando hablamos de calidad de rodadura, baja rumorosidad, grandes prestaciones, cero emisiones o exenciones fiscales; pero eliminan el principal hándicap de estos: las largas esperas para recargar la batería.

Gracias a hidrogeneras, como la que Toyota ha inaugurado en Madrid, repostar los depósitos de hidrógeno solo nos llevará entre tres y cinco minutos, ofreciéndonos una autonomía similar a la de un vehículo con motor de gasolina o gasóleo.

Qué componentes tiene un coche de hidrógeno
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Cómo funciona un coche de hidrógeno

El nuevo Toyota Mirai funciona gracias a la reacción del hidrógeno y el oxígeno en su grupo de pila de combustible, donde se genera la electricidad que mueve el motor eléctrico e impulsa el vehículo. Dicha electricidad se produce a medida que el coche la necesita.

El hidrógeno, almacenado en unos depósitos a alta presión, se canaliza hacia la pila de combustible, donde se combina con el oxígeno del aire para generar electricidad. Esta electricidad se almacena en una batería que reparte la energía al motor en función de la demanda. Si la demanda es elevada, de manera adicional se destina electricidad directamente de la pila de combustible al motor eléctrico.

Cabe señalar que la batería también es capaz de acumular energía procedente de la frenada regenerativa, lo que ayudará a reducir el consumo de hidrógeno. Como producto residual del proceso de producción de electricidad, la pila de combustible genera únicamente agua que se expulsa a través del tubo de escape.

Componentes de un coche de pila de combustible de hidrógeno
  • Unidad de control de la energía: es el mecanismo encargado de controlar de manera óptima la entrega de potencia de la pila de combustible en diversas condiciones de funcionamiento, así como la carga y descarga de la batería.
  • Motor eléctrico: el motor de tipo síncrono de imán permanente del nuevo Toyota Mirai es impulsado por la electricidad generada por la pila de combustible y suministrada por la batería.
  • Convertidor de voltaje de la pila de combustible: el compacto convertidor de alta eficiencia y gran capacidad alimentado por corriente trifásica aumenta la diferencia de potencial generada por el sistema de pila de combustible hasta los 650 voltios. Se emplea para obtener una mayor tensión a la salida que a la entrada.
  • Grupo de pila de combustible: el corazón del sistema, el componente en el que la energía química procedente de la aportación de hidrógeno de los depósitos y oxígeno del aire se transforma en energía eléctrica. La pila de combustible del nuevo Toyota Mirai tiene 330 celdas, una densidad energética de 5,4 kW/l y un circuito de refrigeración líquida para que su temperatura de funcionamiento se encuentre entre 30 y 70 grados centígrados.
  • Batería: la batería es la encargada de almacenar la energía generada por la pila de combustible y la recuperada de la deceleración, así como de reforzar la potencia de la pila de combustible durante la aceleración en casos de alta demanda. En el nuevo Mirai es de iones de litio, lo que permite una mayor densidad energética, un ahorro de peso y espacio, y una mayor potencia. Tiene 84 celdas, una capacidad de 1,24 kWh y un voltaje nominal de 310,8 V. Se encuentra refrigerada por aire.
  • Depósitos a alta presión: el nuevo Mirai cuenta con tres depósitos de hidrógeno cilíndricos que tienen capacidad para 65, 52 y 25 litros, respectivamente. Almacenan un total de 5,6 kg de hidrógeno a alta presión y tienen un peso de 100 kg. 
  • Para garantizar una mayor seguridad, equipan válvulas de sobrepresión, aviso en caso de fuga del hidrógeno y una estructura de tres capas: una de polímero reforzado con fibra de vidrio, una intermedia de polímero y la tercera de plástico reforzado con fibra de carbono. Aguantan una presión de 1.500 bar, aunque la presión de almacenamiento del hidrógeno es de 700 bar.
Excelentes prestaciones, cero emisiones

La pila de combustible del Toyota Mirai de nueva generación desarrolla una potencia de 182 CV (134 kW) y un par máximo de 300 Nm, con una densidad energética de 5,4 kW/l. Está asociada a una caja de cambios automática para ofrecer una mayor comodidad durante la conducción, lo que le permite acelerar de 0 a 100 km/h en apenas 9,0 segundos y alcanzar una velocidad máxima de 175 km/h.

Gracias a que el consumo medio es de solo 0,79 kg/100 km (0,89 kg/100 km con llantas de 20”), la segunda generación de Toyota Mirai es capaz de recorrer 650 kilómetros sin repostar y, lo que es todavía más importante, sin contaminar, ya que el coche de hidrógeno no produce emisiones contaminantes al circular, solo agua. Como resultado, tenemos un mayor rendimiento y unos costes más reducidos.

El hidrógeno: abundante y limpio de conseguir

El hidrógeno (H2) está en nuestro alrededor y, como compuesto (ya que no existe prácticamente en su forma molecular), existe en cantidades incalculables. Habitualmente se encuentra unido a otros elementos, como el oxígeno en el caso del agua (H2O), de ahí la necesidad de aislarlo para poder producir H2 puro. Para aislar el hidrógeno (H2) hay que recurrir a un proceso de gasificación denominado electrólisis, a través del cual se descompone el agua mediante la electricidad.

Por suerte, existen abundantes recursos naturales que podemos utilizar para ello, incluido el aprovechamiento de las energías renovables, como la eólica o la solar, de forma que se puedan eliminar las emisiones de carbono de todo el proceso (tanto de la fabricación como del uso) y reducir la dependencia de la producción mundial cada vez más escasa de combustibles derivados del petróleo.

Toyota empezó a trabajar en el desarrollo de vehículos eléctricos de pila de combustible hace casi 30 años, allá por 1992, y en 2014 demostramos que era posible fabricar y comercializar en numerosos mercados a nivel mundial un vehículo propulsado con hidrógeno. Con la segunda generación de Toyota Mirai, damos un nuevo paso hacia el futuro de la movilidad.

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