El desafío climático requiere que descarbonicemos nuestros sistemas de transporte global. Para cumplir con este requisito, la supuesta solución desde hace algún tiempo ha sido “electrificar todo”.
Los expertos técnicos y el público preocupado por el clima han impulsado durante mucho tiempo la idea de que el futuro será uno de electricidad limpia que alimentará casi todos los aspectos de nuestra vida. Y compré… al menos por un tiempo.
No fue hasta que comencé a estudiar los detalles que rodean los desafíos de colocar una batería en un automóvil, un camión o un buque portacontenedores que me di cuenta de que las cosas son mucho más complicadas que atribuirse al lema aspiracional.
Para ser claros, las baterías probablemente tendrán mucho sentido para ciertos elementos del transporte por carretera. De hecho, empresas conocidas en el espacio EV, como Tesla, tienen un producto en el horizonte para abordar los rangos operativos de distancia media, 300-500 millas. Sin embargo, específicamente para las rutas de larga distancia, existe una tecnología más adecuada para la tarea: la pila de combustible de hidrógeno.
Los camiones con celdas de combustible usan el mismo tren motriz eléctrico básico que los camiones con batería (e incluso tienen una batería), pero debido a su almacenamiento de hidrógeno a bordo, los camiones con celdas de combustible tienen un alcance mucho más largo, requieren menos paradas en rutas largas y pueden abastecerse de combustible mucho más rápido. y puede transportar más carga.
Otra empresa importante, Daimler, está trabajando activamente con esta tecnología de transmisión y actualmente está probando un nuevo producto.con rangos de operación de 1000 km (625 millas) o más. En resumen, los camiones de celdas de combustible tienen muchos de los beneficios de las plataformas diésel, sin las emisiones nocivas.
Antes de discutir nuestro análisis de los méritos técnicos y operativos de la celda de combustible de hidrógeno en comparación con las configuraciones de transmisión eléctrica de batería, se debe tener en cuenta que, si bien no fue un enfoque de nuestro modelo, el costo total de propiedad (TCO) es un parámetro importante a considerar.
Esta es un área de discusión activa y no todos los análisis recientes llegan a la misma conclusión. Por ejemplo, ICCT analizó algunos elementos del TCO, principalmente los costos de componentes y combustible, y determinó que el costo operativo de los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno seguirá siendo lo suficientemente alto como para afectar negativamente la penetración en el mercado en comparación con los camiones eléctricos con batería.
Por otro lado, un artículo reciente de NREL llegó a la conclusión de lo contrario, que un camión pesado eléctrico de batería de larga distancia (alcance de 750 millas, turnos múltiples, dormitorio de clase 8 con límite de peso) tendrá un TCO más alto que su contraparte de hidrógeno a pesar de que el precio del hidrógeno sigue siendo alto y el combustible Las celdas tienen una eficiencia algo menor en comparación con las baterías.
Esto se debe principalmente al gasto de capital de una batería más grande y un tiempo de permanencia promedio más largo, algo que cuesta dinero. Reconocemos que este es un debate no resuelto.
Dado que, en este trabajo, analizamos otra dimensión de la tecnología, el rendimiento operativo, algo que no se ha examinado tan de cerca como el TCO, y descubrimos que los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno tienen algunas ventajas decisivas sobre las configuraciones eléctricas de batería para transporte pesado de larga distancia. -transporte de servicio.
El viejo aforismo de que el tiempo es dinero es particularmente 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 camiones.
El incumplimiento de las fechas de entrega también puede dar lugar a sanciones para la empresa, según el lenguaje del contrato específico. Como tal, la primera razón por la que gran parte del sector de camiones pesados de larga distancia probablemente se basará en pilas de combustible de hidrógeno se debe al tiempo.
Un camión Clase 8 de larga distancia con un tanque de hidrógeno de 100 kg puede abastecerse de combustible aproximadamente 15 veces más rápido que cargar una batería de 1-2MWh necesaria con el equivalente eléctrico de la batería.
Los tiempos de conducción a campo traviesa pueden tomar hasta un 35 % menos debido a la reducción del tiempo de permanencia, así como a la menor cantidad de paradas requeridas.
La segunda razón es que los camiones impulsados por celdas de combustible de hidrógeno también tienen ventaja sobre los camiones eléctricos en lo que respecta a la capacidad de carga. La batería de 1-2MWh requerida para un camión de larga distancia será mucho más pesada que un tanque lleno de diésel o una configuración de pila de combustible, que normalmente solo necesita una pequeña batería de 20-100kWh para acompañar al hidrógeno.
Mi análisis muestra que si comienza con un camión Clase 8 con un peso máximo de 80,000 libras y asume una masa de batería de 4 kg/kWh (algo que se ha logrado en vehículos de pasajeros pero aún no se ha probado para las baterías grandes que se necesitan en camiones pesados y el sistemas de refrigeración que los acompañan).
Un vehículo de pila de combustible de hidrógeno pierde aproximadamente 500 libras de capacidad de carga, mientras que un vehículo eléctrico con batería perdería potencialmente alrededor de 4000 libras, en comparación con los camiones diésel actuales.
Además, Si no podemos llegar a una batería de 4 kg/kWh relativamente pronto, podemos esperar mayores pérdidas de capacidad de carga de 8000 a 15 000 libras a corto plazo con la configuración eléctrica de la batería. La batería más pequeña utilizada en la configuración de celda de combustible de hidrógeno también pesaría más en este caso, pero incluso en el peor de los casos, solo perdería aproximadamente 1,000 libras de capacidad de carga.
En total, en promedio, las empresas que utilizan camiones con celdas de combustible de hidrógeno disfrutarán de la mayoría de los beneficios de la reducción de emisiones, sin sacrificar gran parte del espacio de carga que necesitan. De hecho, su capacidad de carga sería comparable a las actuales flotas diésel.
La batería más pequeña utilizada en la configuración de celda de combustible de hidrógeno también pesaría más en este caso, pero incluso en el peor de los casos, solo perdería aproximadamente 1,000 libras de capacidad de carga. En total, en promedio, las empresas que utilizan camiones con celdas de combustible de hidrógeno disfrutarán de la mayoría de los beneficios de la reducción de emisiones, sin sacrificar gran parte del espacio de carga que necesitan.
De hecho, su capacidad de carga sería comparable a las flotas diésel actuales. La batería más pequeña utilizada en la configuración de celda de combustible de hidrógeno también pesaría más en este caso, pero incluso en el peor de los casos, solo perdería aproximadamente 1,000 libras de capacidad de carga.
En total, en promedio, las empresas que utilizan camiones con celdas de combustible de hidrógeno disfrutarán de la mayoría de los beneficios de la reducción de emisiones, sin sacrificar gran parte del espacio de carga que necesitan. De hecho, su capacidad de carga sería comparable a las flotas diésel actuales.
La tercera razón por la que las celdas de combustible de hidrógeno pueden tener más sentido para el negocio de camiones de larga distancia es la flexibilidad. Los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno tienen más alcance que sus contrapartes eléctricas, y se espera que alcancen el doble de millas por carga completa/tanque.
Una flota totalmente eléctrica podría manejar muchas cargas regionales, recorriendo un radio hacia y desde un centro, pero un vehículo de celda de combustible de hidrógeno podría manejar la entrega regional y cubrir rutas más largas con poco tiempo necesario para reabastecerse de combustible. Una flota más flexible es aquella que puede generar más ingresos para el negocio.
Finalmente, también vale la pena señalar que las posibles ventajas de los camiones pesados de celdas de combustible de hidrógeno no se limitan a las ventajas del rendimiento o el costo de cada camión.
Nuestro análisis, que supone una penetración en el mercado de vehículos de cero emisiones del 100 % (ya sea de celda de combustible o eléctricos de batería) y camiones que están activos las 24 horas del día, los siete días de la semana, ha demostrado que la construcción de infraestructura necesaria para todo el –
El escenario eléctrico de la batería tendría que ser muy sólido en términos del tamaño de la estación de carga y los requisitos de energía. Específicamente, la infraestructura eléctrica requerida para grandes estaciones de carga para camiones de larga distancia está en el rango de 22 a 28 MW y, en comparación con el diésel, esas estaciones de carga deberían ser alrededor de 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 de hidrógeno es comparativamente más similar con aproximadamente 3 veces el tamaño de una estación diésel típica, aunque una estación de hidrógeno que dispensa 20-25 toneladas de hidrógeno por día sería más costosa y compleja.
La mayor parte del espacio más grande se necesitaría para albergar tanques de almacenamiento de hidrógeno y compresores a una distancia segura de las bombas de combustible y otras comodidades.
Para ser claros, estos números no son una proyección de los requisitos de infraestructura dentro de unos años; más bien, 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 reemplazados por vehículos eléctricos de batería o de celda de combustible de hidrógeno.
La mayor parte del espacio más grande se necesitaría para albergar tanques de almacenamiento de hidrógeno y compresores a una distancia segura de las bombas de combustible y otras comodidades.
Para ser claros, estos números no son una proyección de los requisitos de infraestructura dentro de unos años; más bien, 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 reemplazados por vehículos eléctricos de batería o de celda de combustible de hidrógeno.
La mayor parte del espacio más grande se necesitaría para albergar tanques de almacenamiento de hidrógeno y compresores a una distancia segura de las bombas de combustible y otras comodidades.
Para ser claros, estos números no son una proyección de los requisitos de infraestructura dentro de unos años; más bien, 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 reemplazados por vehículos eléctricos de batería o de celda de combustible de hidrógeno.
Ahora, hay aplicaciones en las que tiene sentido usar camiones eléctricos de batería en lugar de sus contrapartes de celda de combustible de hidrógeno. Para viajes más cortos, digamos una entrega regional de ida y vuelta de 400 millas, o para camiones más pequeños, un camión eléctrico de batería se compara bien con un vehículo de celda de combustible de hidrógeno.
La infraestructura de carga también está más desarrollada, es más barata y menos compleja que las estaciones de servicio 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, específicamente para los camiones pesados de larga distancia, que consumen el 49 % de todo el combustible diésel utilizado por el sector de camiones de carga en los EE . El futuro probablemente incluye mucho hidrógeno.
Tal como lo veo, ahora no es el momento de seleccionar una única fuente de energía para el transporte. Para el transporte por carretera, parece que el hidrógeno tendrá algunas ventajas significativas, así que ocupémonos de 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 con batería y permitan la carga de alta velocidad para reducir los tiempos de permanencia.
En resumen, en lugar de forzar que todo se electrifique o que todo use un combustible en particular, desarrollemos la tecnología y la infraestructura necesarias y luego usémoslas para la aplicación adecuada, incluido el aprovechamiento de los méritos del hidrógeno para la operación de camiones pesados de larga distancia.
Al hacerlo, podemos acelerar la proliferación de energía limpia en el sector del transporte, ayudando a lograr nuestros objetivos climáticos y asegurar nuestro futuro.
Artículo fuente: https://www.catf.us/2023/03/why-the-future-of-long-haul-heavy-trucking-probably-includes-a-lot-of-hydrogen/
