La capacidad de los «árboles de Navidad» para mejorar las tecnologías de recarga de hidrógeno
¿Cómo se puede garantizar que los automóviles propulsados por hidrógeno se recarguen de forma segura, rápida y eficiente? La respuesta a este acertijo, de vital importancia para conseguir la implantación de la tecnología del hidrógeno en las economías ecológicas del futuro, está siendo objeto de estudio por medio de tecnologías de sensores y de un modelo de predicción elaborado en el marco del proyecto HYTRANSFER. Al abordar el potencial de mercado del hidrógeno, los escépticos sitúan a menudo la cuestión de las recargas en el primer puesto de la lista de inconvenientes. No solo se tardarán décadas en crear la infraestructura necesaria, sino que la misma operación de recarga resulta, como mínimo, complicada. Imaginemos que posee un «vehículo alimentado mediante pila de combustible» y que necesita repostar antes de emprender un largo trayecto. Con un coche de los que utilizan un combustible «normal», esta operación se realizaría en aproximadamente un minuto, mientras que los vehículos con pila de combustible más modernos requieren unos tres minutos en total. Además, llegar a este resultado no ha sido precisamente sencillo para los ingenieros: a diferencia de la gasolina o el gasóleo, el hidrógeno tiende a calentarse cuando se comprime en el depósito de combustible y los materiales compuestos utilizados para fabricar dichos depósitos, que han de ser lo más ligeros posible, no resisten temperaturas por encima de ochenta y cinco grados centígrados. Para que la operación de llenado pueda efectuarse en apenas tres minutos, en las estaciones de recarga actuales el hidrógeno se preenfría a menos cuarenta grados centígrados. Mejorar este proceso para que la recarga, e incluso la descarga, de combustible sea más eficiente es el objetivo central del proyecto HYTRANSFER («Pre-Normative Research for Thermodynamic Optimization of Fast Hydrogen Transfer»), que se inició en junio de 2013 y finalizará en noviembre de 2015. De conseguir los objetivos propuestos, el proyecto contribuiría a reducir los costes de inversión y operativos, aumentar la fiabilidad de las estaciones de recarga y reducir el tiempo máximo de recarga, lo que supondría un importantísimo avance de cara a la implantación de esta tecnología. Sofia Capito, coordinadora del proyecto, nos habla de los logros obtenidos por el proyecto HYTRANSFER hasta la fecha y lo cerca que se encuentra del objetivo último de aportar nuevas recomendaciones para su implementación en los estándares internacionales y en los protocolos de recarga. ¿Cuáles son los objetivos principales del proyecto? Dentro del proyecto HYTRANSFER desarrollamos métodos y procesos para adaptar y reducir los requisitos de preenfriamiento; de este modo, pretendemos reducir también los costes de inversión y operativos de las estaciones de recarga. Los experimentos que hemos realizado demuestran que la transferencia de calor entre el gas hidrógeno y la pared del depósito es muy ineficaz. Por este motivo, incluso cuando el hidrógeno contenido en el interior del depósito alcanza los ochenta y cinco grados centígrados —la temperatura máxima a la que se exponen los depósitos fabricados con materiales compuestos— la temperatura de la pared del depósito será considerablemente inferior. Los experimentos realizados con nitrógeno muestran una diferencia de veintisiete grados centígrados. El uso de la termodinámica para determinar la relación existente entre el hidrógeno inyectado, los parámetros de recarga como el caudal de hidrógeno y la temperatura ambiente, puede dar lugar a un proceso de transferencia de hidrógeno optimizado para las condiciones límite reales. ¿Cuáles fueron las principales dificultades encontradas y cómo se resolvieron? Por suerte, estamos siguiendo los plazos previstos y muchos de los inconvenientes que podrían haber surgido no llegaron a producirse. El reto que trasladamos a los dos fabricantes de depósitos que participan en el proyecto, incluido nuestro socio Hexagon Lincoln, son los requisitos especiales relacionados con los experimentos: necesitamos instalar sensores de temperatura en las paredes de los depósitos. Y no hablamos de uno o dos, sino de treinta sensores en cada depósito. Colocarlos durante el proceso de producción resulta bastante complicado, pero ambos fabricantes pusieron todo su empeño en esta labor y finalmente lo consiguieron. Con estos sensores, podemos medir la temperatura en el interior de las paredes del depósito. Pero también necesitamos sensores que midan la temperatura del gas en distintos puntos de los depósitos. Las aberturas de los depósitos tienen un diámetro de escasos milímetros; por ellas introducimos estructuras de sensores a las que denominamos «árboles de Navidad», que son lo suficientemente estrechas como para atravesar los orificios del depósito antes de volver a desplegarse. Es una operación similar a la de introducir un barco dentro de una botella. ¿En qué punto se encuentra el proyecto? ¿Han conseguido alcanzar ya un nivel de control de la temperatura satisfactorio? Ahora mismo, se están llevando a cabo experimentos en tres laboratorios distintos sobre tres tipos de tareas diferentes, puesto que examinar los depósitos en varios laboratorios garantiza la fiabilidad y la reproducibilidad de los resultados. Muchos de los experimentos se llevan a cabo en el Centro Común de Investigación (JRC) de la Comisión Europea, que participa como socio en este proyecto. De forma paralela, se desarrollan simulaciones de dinámica de fluidos computacional para hallar correspondencias con los resultados de los experimentos. El socio del proyecto TesTneT está realizando comprobaciones previas de los resultados iniciales de los experimentos, mientras que el instituto PPRIME (un centro de investigación francés integrado por CNRS/ENSMA/Universidad de Poitiers) ya ha realizado mediciones detalladas de las propiedades térmicas reales de los depósitos utilizados. Asimismo, se ha validado un modelo simplificado con un tiempo de cálculo notablemente inferior (de segundos a minutos en lugar de días a semanas). Hasta ahora, los experimentos y ejercicios de modelado que se han llevado a cabo corroboran nuestra hipótesis inicial de que existe un importante margen de mejora en los requisitos de preenfriamiento. ¿Es optimista con respecto a la posibilidad de que sus planteamientos tengan repercusión en las normas internacionales? Uno de los primeros pasos del proyecto HYTRANSFER consistió en analizar las oportunidades de optimización del proceso de transferencia de hidrógeno dentro de las «regulaciones, códigos y estándares» internacionales existentes y del estado de la técnica referente a la tecnología del hidrógeno. Teniendo esto en cuenta y atendiendo a los resultados obtenidos hasta ahora, tenemos la seguridad de que los resultados de las pruebas realizadas en el marco del proyecto y la validación de dichos resultados se traducirán en recomendaciones de peso con vistas a la elaboración de regulaciones, códigos y estándares. CCS Global Group (CCS) es, desde hace varias décadas, una empresa líder en el desarrollo y el cumplimiento de regulaciones, códigos y estándares en los sectores de las pilas de hidrógeno y la energía. Se encarga de supervisar las actividades pertinentes en relación con las regulaciones, códigos y estándares y los resultados de las pruebas del proyecto para que podamos identificar y extraer recomendaciones y trazar una ruta para presentarlas a los organismos internacionales, tales como CEN e ISO. ¿Cómo espera que las conclusiones del proyecto contribuyan a impulsar el mercado de los coches propulsados por hidrógeno? No se va a potenciar la eficiencia de los coches como tal, pero sí se mejorará la interrelación entre las estaciones de recarga y los vehículos con pila de combustible. Para los clientes, esto se traducirá en una reducción del tiempo máximo de recarga, una mayor fiabilidad de la estación e incluso una reducción de los precios del hidrógeno. Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST) elaborará un análisis tecnoeconómico detallado para identificar los efectos de los procesos mejorados. ¿Qué etapas restan del proyecto? ¿Tienen algo planeado para después de su conclusión? Los vehículos actuales suelen tener no solo uno, sino dos o tres depósitos conectados, por lo que es necesario hallar un método de recarga viable para los depósitos individuales y los sistemas de varios depósitos. Nuestro siguiente paso será finalizar los experimentos con depósitos individuales y continuar desarrollando las simulaciones según lo aprendido; seguidamente, desarrollaremos y probaremos un nuevo protocolo de recarga detallado en los sistemas de depósitos suministrados por el fabricante de vehículos con pila y combustible, y socio del proyecto, Honda. Se considerará que HYTRANSFER ha tenido éxito cuando se publique una metodología de recarga de nueva creación y se recomiende a los organismos internacionales que elaboran regulaciones, códigos y estándares, y cuando se publiquen nuestras recomendaciones en relación con la descarga de combustible. Aún no contamos con planes de seguimiento específicos, pero cuando HYTRANSFER haya finalizado y las regulaciones, códigos y estándares internacionales se hayan hecho eco de sus recomendaciones, se tendrá que llevar a cabo una serie de experimentos más ambiciosos. Para más información, consulte: HYTRANSFER http://www.hytransfer.eu
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Alemania