Vehículo de pila de combustible

La segunda generación del Hyundai Nexo se presentó en el Salón de la Movilidad de Seúl 2025.

2021 Toyota Mirai

Autobús de pila de combustible Foton BJ6123FCEVCH-1 en funcionamiento

Un vehículo de pila de combustible ( FCV ) o vehículo eléctrico de pila de combustible ( FCEV ) es un vehículo eléctrico que utiliza una pila de combustible , a veces en combinación con una pequeña batería o supercondensador , para alimentar su motor eléctrico a bordo . Las pilas de combustible en los vehículos generan electricidad generalmente utilizando oxígeno del aire e hidrógeno comprimido . La mayoría de los vehículos de pila de combustible se clasifican como vehículos de cero emisiones . En comparación con los vehículos de combustión interna, los vehículos de hidrógeno centralizan los contaminantes en el lugar de producción de hidrógeno , donde el hidrógeno se obtiene típicamente del gas natural reformado . ^{[ 1 ]} El transporte y almacenamiento de hidrógeno también puede generar contaminantes. ^{[ 2 ]} Las pilas de combustible se han utilizado en varios tipos de vehículos, incluidas las carretillas elevadoras , especialmente en aplicaciones interiores donde sus emisiones limpias son importantes para la calidad del aire, y en aplicaciones espaciales. Las pilas de combustible se están desarrollando y probando en camiones, autobuses, barcos, motocicletas y bicicletas, entre otros tipos de vehículos.

El primer vehículo de carretera impulsado por una pila de combustible fue el Chevrolet Electrovan, presentado por General Motors en 1966. ^{[ 3 ]} El Toyota FCHV y el Honda FCX , que comenzaron a arrendarse el 2 de diciembre de 2002, se convirtieron en los primeros vehículos comerciales de pila de combustible certificados por el gobierno del mundo, ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} y el Honda FCX Clarity , que comenzó a arrendarse en 2008, fue el primer vehículo de pila de combustible del mundo diseñado para la producción en masa en lugar de adaptar un modelo existente. ^{[ 7 ]} En 2013, Hyundai Motors comenzó la producción del Hyundai ix35 FCEV , que se afirma que es el primer vehículo eléctrico de pila de combustible producido en masa del mundo, ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} que posteriormente se introdujo en el mercado como un vehículo solo de arrendamiento. ^{[ 11 ] [ 12 ]} En 2014, Toyota comenzó a vender el Toyota Mirai , el primer vehículo de pila de combustible dedicado del mundo. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

A diciembre de 2020 Se habían vendido en todo el mundo 31.225 vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) de pasajeros propulsados ​​por hidrógeno. ^{[ 16 ]} A partir de 2021, solo había dos modelos de coches de pila de combustible disponibles públicamente en mercados selectos: el Toyota Mirai (2014-presente) y el Hyundai Nexo (2018-presente). El Honda Clarity se produjo de 2016 a 2021, cuando se descontinuó. ^{[ 17 ]} El Honda CR-V e:FCEV estuvo disponible, solo para arrendamiento, en cantidades muy limitadas en 2024. ^{[ 18 ]} A partir de 2020, había una infraestructura de hidrógeno limitada , con menos de cincuenta estaciones de repostaje de hidrógeno para automóviles disponibles públicamente en los EE. UU. ^{[ 19 ]} Los críticos dudan de si el hidrógeno será eficiente o rentable para los automóviles, en comparación con otras tecnologías de cero emisiones, y en 2019, The Motley Fool opinó: "Lo que es difícil de refutar es que el sueño de la pila de combustible de hidrógeno está prácticamente muerto para el mercado de vehículos de pasajeros". ^{[ 20 ]}

Un número significativo de estaciones públicas de hidrógeno en California no pueden suministrar hidrógeno. ^{[ 21 ]} En 2024, los propietarios de Mirai presentaron una demanda colectiva en California por la falta de disponibilidad de hidrógeno para vehículos eléctricos de pila de combustible, alegando, entre otras cosas, ocultación fraudulenta y tergiversación, así como violaciones de la ley de publicidad engañosa de California e incumplimientos de la garantía implícita. ^{[ 22 ]}

Todas las pilas de combustible se componen de tres partes: un electrolito, un ánodo y un cátodo. ^{[ 23 ]} En principio, una pila de combustible de hidrógeno funciona como una batería, produciendo electricidad que puede alimentar un motor eléctrico. Sin embargo, en lugar de requerir recarga, la pila de combustible se puede rellenar con hidrógeno. ^{[ 24 ]} Los diferentes tipos de pilas de combustible incluyen pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM), pilas de combustible de metanol directo , pilas de combustible de ácido fosfórico , pilas de combustible de carbonato fundido , pilas de combustible de óxido sólido , pilas de combustible de metanol reformado y pilas de combustible regenerativas. ^{[ 25 ]}

El concepto de pila de combustible fue demostrado por primera vez por Humphry Davy en 1801, pero la invención de la primera pila de combustible funcional se atribuye a William Grove , químico, abogado y físico. Los experimentos de Grove con lo que denominó una "batería voltaica de gas" demostraron en 1842 que se podía producir una corriente eléctrica mediante una reacción electroquímica entre hidrógeno y oxígeno sobre un catalizador de platino. ^{[ 27 ]} El ingeniero inglés Francis Thomas Bacon amplió el trabajo de Grove, creando y demostrando diversas pilas de combustible alcalinas entre 1939 y 1959. ^{[ 28 ]}

El primer vehículo moderno de pila de combustible fue un tractor agrícola Allis-Chalmers modificado , equipado con una pila de combustible de 15 kilovatios, alrededor de 1959. ^{[ 29 ]} La carrera espacial de la Guerra Fría impulsó un mayor desarrollo de la tecnología de pilas de combustible. El Proyecto Gemini probó pilas de combustible para proporcionar energía eléctrica durante misiones espaciales tripuladas. ^{[ 30 ] [ 31 ]} El desarrollo de las pilas de combustible continuó con el Programa Apolo . Los sistemas de energía eléctrica en las cápsulas Apolo y los módulos lunares utilizaban pilas de combustible alcalinas. ^{[ 30 ]} En 1966, General Motors desarrolló el primer vehículo de carretera con pila de combustible, el Chevrolet Electrovan. ^{[ 32 ]} Tenía una pila de combustible PEM , una autonomía de 120 millas y una velocidad máxima de 70  mph. Solo tenía dos asientos, ya que la pila de combustible y los grandes tanques de hidrógeno y oxígeno ocupaban la parte trasera de la furgoneta. Solo se construyó una, ya que el proyecto se consideró prohibitivo en cuanto a costos. ^{[ 33 ]}

General Electric y otras empresas continuaron trabajando en pilas de combustible PEM en la década de 1970. ^{[ 30 ]} En la década de 1980, las pilas de combustible aún se limitaban principalmente a aplicaciones espaciales, incluido el transbordador espacial . ^{[ 30 ]} Sin embargo, el cierre del programa Apolo llevó a muchos expertos de la industria a trabajar en empresas privadas. Para la década de 1990, los fabricantes de automóviles se interesaron en las aplicaciones de pilas de combustible y se prepararon vehículos de demostración. En 2001, se demostraron los primeros tanques de hidrógeno de 700 bares (10 000 PSI), lo que redujo el tamaño de los tanques de combustible que podían usarse en los vehículos y extendió la autonomía. ^{[ 34 ]}

Existen vehículos de pila de combustible para todos los modos de transporte. Los vehículos de pila de combustible más comunes son los automóviles, autobuses, carretillas elevadoras y vehículos de manipulación de materiales. ^{[ 35 ]}

automóviles

Honda estableció la primera red de concesionarios de vehículos de pila de combustible del mundo en 2008, y en ese momento era la única empresa capaz de arrendar vehículos de pila de combustible de hidrógeno a clientes privados. ^{[ 36 ] [ 37 ]} El Honda FCX Clarity se presentó en 2008 para arrendamiento por parte de clientes en Japón y el sur de California y se descontinuó en 2015. De 2008 a 2014, Honda arrendó un total de 45 unidades FCX en los EE. UU. ^{[ 38 ]} Más de 20 otros prototipos y autos de demostración de FCEV se lanzaron en ese período de tiempo, ^{[ 39 ]} incluyendo el GM HydroGen4 , ^{[ 32 ]} y Mercedes-Benz F-Cell .

El vehículo Hyundai ix35 FCEV Fuel Cell estuvo disponible para arrendamiento desde 2014 hasta 2018, ^{[ 40 ]} cuando se arrendaron 54 unidades. ^{[ 41 ]} En 2018, Hyundai presentó el Nexo . ^{[ 42 ]} En 2024, Hyundai retiró del mercado los 1600 vehículos Nexo vendidos en EE. UU. hasta ese momento debido al riesgo de fugas de combustible e incendio por un "dispositivo de alivio de presión" defectuoso. ^{[ 43 ]}

Las ventas del Toyota Mirai a clientes comenzaron en Japón en diciembre de 2014. ^{[ 44 ]} El precio inicial era de 6.700.000 yenes (~ 57.400 dólares estadounidenses ) antes de impuestos y un incentivo gubernamental de 2.000.000 yenes (~ 19.600 dólares estadounidenses ). ^{[ 45 ]} El expresidente del Parlamento Europeo, Pat Cox, estimó que Toyota inicialmente perdería alrededor de 100.000 dólares estadounidenses por cada Mirai vendido. ^{[ 46 ]} A diciembre de 2017 Las ventas globales totalizaron 5300 Mirais. Los mercados con mayores ventas fueron Estados Unidos con 2900 unidades, Japón con 2100 y Europa con 200. ^{[ 47 ]}

En 2015, Toyota anunció que ofrecería gratuitamente a sus competidores las 5680 patentes relacionadas con vehículos de pila de combustible de hidrógeno y tecnología de estaciones de carga de pila de combustible de hidrógeno, que había estado investigando durante más de 20 años, con el fin de estimular el mercado de vehículos propulsados ​​por hidrógeno. ^{[ 48 ]} El Honda Clarity Fuel Cell se produjo de 2016 a 2021. ^{[ 49 ] [ 50 ]} El Clarity 2017 tuvo las calificaciones de economía de combustible combinada y urbana más altas entre todos los autos de pila de combustible de hidrógeno calificados por la EPA ese año, con una calificación combinada ciudad/carretera de 67 millas por galón equivalente de gasolina (MPGe), y 68 MPGe en conducción urbana. ^{[ 51 ]} En 2019, Katsushi Inoue, presidente de Honda Europa, declaró: "Nuestro enfoque ahora está en los vehículos híbridos y eléctricos. Quizás lleguen los autos de pila de combustible de hidrógeno, pero esa es una tecnología para la próxima era". ^{[ 52 ]}

Para 2017, Daimler eliminó gradualmente su desarrollo de FCEV, citando la disminución de los costos de las baterías y el aumento de la autonomía de los EV, ^{[ 53 ]} y la mayoría de las compañías automotrices que desarrollaban autos de hidrógeno habían cambiado su enfoque a los vehículos eléctricos de batería. ^{[ 54 ]} Para 2020, solo tres fabricantes de automóviles seguían fabricando, o tenían programas de fabricación activos para autos de hidrógeno. ^{[ 55 ]} En 2023, se vendieron 3143 autos de hidrógeno en los EE. UU. en comparación con 380 000 BEV. ^{[ 56 ]} El Clarity fue posteriormente descontinuado, pero el Honda CR-V e:FCEV estuvo disponible, solo para arrendamiento, en cantidades muy limitadas en 2024. ^{[ 18 ]} En 2024 (hasta noviembre), las ventas mundiales de Toyota cayeron a 1702 vehículos de pila de combustible de hidrógeno. ^{[ 57 ]}

Un número significativo de estaciones públicas de hidrógeno en California no pueden suministrar hidrógeno. ^{[ 21 ]} En 2024, los propietarios de Mirai presentaron una demanda colectiva en California por la falta de disponibilidad de hidrógeno para vehículos eléctricos de pila de combustible, alegando, entre otras cosas, ocultación fraudulenta y tergiversación, así como violaciones de la ley de publicidad engañosa de California e incumplimientos de la garantía implícita. ^{[ 22 ]}

economía de combustible

La siguiente tabla compara el consumo de combustible de la EPA, expresado en millas por galón de gasolina equivalente (MPGe), para los dos modelos de vehículos de pila de combustible de hidrógeno clasificados por la EPA a septiembre de 2021. y disponible en California. ^{[ 51 ]}

autobuses

A partir de 2020En todo el mundo, había 5.648 autobuses de pila de combustible de hidrógeno en uso, el 93,7% de ellos en China . ^{[ 60 ]}

Desde finales de la década de 1980, la preocupación por las emisiones de diésel de los autobuses impulsó la experimentación con pilas de combustible para alimentarlos. Tras los experimentos iniciales con pilas de combustible de ácido fosfórico , a finales de la década de 1990 se probaron autobuses con pilas de combustible de hidrógeno en ciudades. ^{[ 61 ]} En la década de 2000, los autobuses entraron en servicio de prueba en ciudades de todo el mundo; la Unión Europea apoyó el proyecto de investigación Transporte Urbano Limpio para Europa . ^{[ 62 ]}

En la década de 2010, la introducción comercial de autobuses de pila de combustible de hidrógeno estaba en marcha en todo el mundo. ^{[ 63 ] [ 64 ]} Sin embargo, muchos operadores de transporte público estaban comprando autobuses eléctricos de batería , ya que estos eran más baratos de operar y comprar. ^{[ 65 ]} No obstante, los autobuses eléctricos de batería tenían menor autonomía que los autobuses diésel, tardaban en cargarse (a menudo durante la noche, en comparación con los autobuses de pila de combustible de hidrógeno, que se pueden recargar rápidamente) y tenían una autonomía reducida en climas fríos. Algunas empresas propusieron usar la pila de combustible como extensor de autonomía , combinándola con una batería más grande o un supercondensador . ^{[ 66 ]}

Históricamente, los autobuses de pila de combustible de hidrógeno han sido significativamente más caros de comprar y operar que los autobuses diésel, híbridos o eléctricos. ^{[ 61 ] [ 65 ]} En los últimos años, los costos de compra se han reducido a niveles comparables con los de los autobuses diésel, ^{[ 67 ]} aunque los costos operativos siguen siendo mucho más altos. ^{[ 68 ]}

Actualmente, varios fabricantes de autobuses producen autobuses de pila de combustible de hidrógeno, ^{[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]} pero para 2025, la mayoría de los programas de autobuses de hidrógeno en Europa se habían cancelado o se habían interrumpido las compras de autobuses de pila de combustible . ^{[ 68 ]} En ocasiones, los fabricantes de autobuses trabajan con un proveedor de pilas de combustible de hidrógeno para alimentar los autobuses, como Ballard Power Systems o Toyota . ^{[ 69 ] [ 70 ]}

Carretillas elevadoras

Una carretilla elevadora de pila de combustible (también llamada montacargas de pila de combustible) es una carretilla elevadora industrial alimentada por pila de combustible que se utiliza para levantar y transportar materiales. La mayoría de las pilas de combustible utilizadas en carretillas elevadoras son pilas de combustible PEM . ^{[ 72 ]}

En 2013, había más de 4000 carretillas elevadoras de pila de combustible utilizadas en la manipulación de materiales en EE. UU. ^{[ 73 ]} , de las cuales 500 recibieron financiación del DOE (2012). ^{[ 74 ] [ 75 ]} A partir de 2024, aproximadamente 50 000 carretillas elevadoras de hidrógeno están en funcionamiento en todo el mundo (la mayoría de ellas en EE. UU.), en comparación con 1,2 millones de carretillas elevadoras eléctricas de batería que se compraron en 2021. ^{[ 76 ]}

Las carretillas elevadoras con pila de combustible PEM ofrecen ventajas significativas sobre las carretillas elevadoras de gasolina, ya que no producen emisiones locales. Pueden funcionar durante un turno completo de 8 horas con un solo depósito de hidrógeno, se repostan en 3 minutos y tienen una vida útil de 8 a 10 años. Se utilizan con frecuencia en almacenes refrigerados, ya que su rendimiento no se ve afectado por las bajas temperaturas. ^{[ 77 ]} En su diseño, las unidades FC suelen fabricarse como reemplazos directos. ^{[ 78 ] [ 79 ]}

aviones

Investigadores de Boeing y socios industriales de toda Europa realizaron en febrero de 2008 pruebas de vuelo experimentales de un avión tripulado propulsado únicamente por una pila de combustible y baterías ligeras . El Avión Demostrador de Pila de Combustible, como se le denominó, utilizaba un sistema híbrido de pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y batería de iones de litio para alimentar un motor eléctrico, que estaba acoplado a una hélice convencional. ^{[ 86 ]} En 2003, se realizó el primer vuelo del mundo en un avión propulsado por hélice y alimentado completamente por una pila de combustible. La pila de combustible tenía un diseño único de pila FlatStack que permitía su integración con las superficies aerodinámicas del avión. ^{[ 87 ]}

Ha habido varios vehículos aéreos no tripulados (UAV) propulsados ​​por celdas de combustible. Un UAV Horizon con celda de combustible estableció el récord de distancia volada por un UAV pequeño en 2007. ^{[ 88 ]} El ejército está especialmente interesado en esta aplicación debido al bajo nivel de ruido, la baja firma térmica y la capacidad de alcanzar gran altitud. En 2009, el Ion Tiger del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) utilizó una celda de combustible de hidrógeno y voló durante 23 horas y 17 minutos. ^{[ 89 ]} Boeing está completando las pruebas del Phantom Eye, un vehículo de gran altitud y larga autonomía (HALE) que se utilizará para realizar investigación y vigilancia volando a 20 000 m (65 000 pies) durante hasta cuatro días seguidos. ^{[ 90 ]} Las celdas de combustible también se están utilizando para proporcionar energía auxiliar a las aeronaves, reemplazando los generadores de combustible fósil que se utilizaban anteriormente para arrancar los motores y alimentar las necesidades eléctricas a bordo. ^{[ 90 ]} Las celdas de combustible pueden ayudar a los aviones a reducir las emisiones de CO₂ _y otros contaminantes y el ruido.  

barcos

El primer barco de pila de combustible del mundo, HYDRA, utilizaba un sistema AFC con  una potencia neta de 6,5 kW. Por cada litro de combustible consumido, el motor fueraborda promedio produce 140 veces menos hidrocarburos que un automóvil moderno promedio. Los motores de pila de combustible tienen una mayor eficiencia energética que los motores de combustión y, por lo tanto, ofrecen mayor autonomía y emisiones significativamente reducidas. ^{[ 91 ]} Ámsterdam presentó su primer barco propulsado por pila de combustible en 2011, que transporta personas por los canales de la ciudad. ^{[ 92 ]}

trenes

En marzo de 2015, China South Rail Corporation (CSR) presentó el primer tranvía del mundo propulsado por pila de combustible de hidrógeno en una planta de ensamblaje en Qingdao. ^{[ 96 ]} Se construyeron 83 millas de vías para el nuevo vehículo en siete ciudades chinas. China tenía previsto invertir 200 mil millones de yuanes (32 mil millones de dólares) durante los siguientes cinco años para ampliar la red de tranvías a más de 1200 millas. ^{[ 97 ]}

En 2016, Alstom presentó el Coradia iLint , un tren regional propulsado por pilas de combustible de hidrógeno. Fue diseñado para alcanzar los 140 kilómetros por hora (87 mph) y recorrer entre 600 y 800 kilómetros (370 y 500 millas) con un tanque lleno de hidrógeno. ^{[ 98 ]} El tren entró en servicio en Alemania en 2018 y se espera que comience a probarse en los Países Bajos a partir de 2019. ^{[ 99 ]}  

El fabricante suizo Stadler Rail firmó un contrato en California para entregar un tren de pila de combustible de hidrógeno en los EE. UU., el tren FLIRT H2, en 2024 como parte del servicio de trenes de cercanías Arrow . ^{[ 100 ]}

Camiones

Para aplicaciones de transporte como camiones de larga distancia, las pilas de combustible son una solución potencial para el transporte de cero emisiones. Un estudio de 2022 en la revista Energies cita tiempos de repostaje relativamente rápidos en comparación con los tiempos de carga de los camiones eléctricos y las limitaciones actuales de la densidad energética de las baterías, pero señalan que las "limitaciones operativas" incluyen la "alta cantidad de emisiones de CO₂ _[ causadas por] la producción de hidrógeno", la falta de infraestructura de almacenamiento y repostaje, fugas de H₂ y desafíos de seguridad, pérdidas de eficiencia en la compresión, el almacenamiento y la dispensación". ^{[ 101 ]}

En 2020, Hyundai comenzó a fabricar camiones de carga de 34 toneladas propulsados ​​por hidrógeno bajo el nombre de modelo XCIENT, realizando un envío inicial de 10 de los vehículos a Suiza. Pueden recorrer 400 kilómetros (250 millas) con un tanque lleno y tardan entre 8 y 20 minutos en llenarse. ^{[ 102 ]} En 2022, Total Transportation Services (TTSI), Toyota Logistics Services (TLS), UPS y Southern Counties Express (SCE) operaron un proyecto de 12 meses "Shore-to-Store (S2S)" utilizando camiones de pila de combustible de hidrógeno en viajes desde los puertos del área de Los Ángeles. ^{[ 103 ] [ 104 ]} El prototipo de hidrógeno Kenworth T680 utilizado en Los Ángeles y Long Beach se presentó en 2018 y también se probó en el área de Seattle. ^{[ 105 ]} 

Eberle y Rittmar von Helmolt afirmaron en 2010 que aún existen desafíos antes de que los automóviles de pila de combustible puedan ser competitivos con otras tecnologías y citan la falta de una infraestructura de hidrógeno extensa en los EE. UU.: ^{[ 106 ]} A julio de 2020 En Estados Unidos había 43 estaciones de repostaje de hidrógeno de acceso público, 41 de las cuales estaban ubicadas en California. ^{[ 19 ]} En 2013, el gobernador Jerry Brown firmó la AB 8, un proyecto de ley para financiar 20 millones de dólares al año durante 10 años para construir hasta 100 estaciones. ^{[ 107 ]} En 2014, la Comisión de Energía de California financió 46,6 millones de dólares para construir 28 estaciones. ^{[ 108 ]}

Japón obtuvo su primera estación comercial de repostaje de hidrógeno en 2014. ^{[ 109 ]} Para marzo de 2016, Japón tenía 80 estaciones de repostaje de hidrógeno, y el gobierno japonés aspira a duplicar este número a 160 para 2020. ^{[ 110 ]} En mayo de 2017, había 91 estaciones de repostaje de hidrógeno en Japón. ^{[ 111 ]} Alemania tenía 18 estaciones públicas de repostaje de hidrógeno en julio de 2015. El gobierno alemán esperaba aumentar este número a 50 para finales de 2016, ^{[ 112 ]} pero solo 30 estaban abiertas en junio de 2017. ^{[ 113 ]}

El marco regulatorio para vehículos de pila de combustible abarca un conjunto integral de normas internacionales, nacionales y organizativas diseñadas para garantizar la seguridad, el rendimiento y la protección del medio ambiente. Estas normas abordan múltiples aspectos de los sistemas de combustible de hidrógeno, desde los contenedores de almacenamiento hasta los sistemas de seguridad eléctrica.

Para 2010, los avances en la tecnología de celdas de combustible habían reducido el tamaño, el peso y el costo de los vehículos eléctricos de celdas de combustible. ^{[ 156 ]} En 2010, el Departamento de Energía de EE. UU . (DOE) estimó que el costo de las celdas de combustible para automóviles había caído un 80 % desde 2002 y que dichas celdas de combustible podrían fabricarse potencialmente por $51/kW, asumiendo ahorros en costos de fabricación de alto volumen. ^{[ 157 ]} Se han producido vehículos eléctricos de celdas de combustible con "una autonomía de conducción de más de 250 millas entre recargas". ^{[ 157 ]} Se pueden recargar en menos de 5 minutos. ^{[ 158 ]} Los autobuses de celdas de combustible desplegados tienen una economía de combustible un 40 % mayor que los autobuses diésel. ^{[ 156 ]} El Programa de Tecnologías de Celdas de Combustible de EERE afirma que, a partir de 2011, las celdas de combustible lograron una eficiencia de vehículos eléctricos de celda de combustible de entre el 42 y el 53 % a plena potencia, ^{[ 156 ]} y una durabilidad de más de 75 000 millas con menos del 10 % de degradación de voltaje, el doble de lo logrado en 2006. ^{[ 157 ]} En 2012, Lux Research, Inc. publicó un informe que concluía que "el costo de capital... limitará la adopción a tan solo 5,9 GW" para 2030, lo que proporciona "una barrera casi insuperable para la adopción, excepto en aplicaciones de nicho". El análisis de Lux concluyó que para 2030, las aplicaciones de celdas de combustible estacionarias PEM alcanzarán los 1000 millones de dólares, mientras que el mercado de vehículos, incluidas las carretillas elevadoras de celda de combustible , alcanzará un total de 2000 millones de dólares. ^{[ 159 ]}

En septiembre de 2023, el hidrógeno costaba 36 dólares por kilogramo en las estaciones de carga públicas de California, 14 veces más por milla para un Mirai en comparación con un Tesla Model 3. ^{[ 160 ]} El precio promedio en Alemania en 2023 era de 12,5 euros por kg. ^{[ 161 ]}

El impacto ambiental de los vehículos de pila de combustible depende de la energía primaria con la que se produjo el hidrógeno. Los vehículos de pila de combustible solo son ambientalmente benignos cuando el hidrógeno se produjo con energía renovable . ^{[ 162 ]} Sin embargo, a partir de 2024, más del 95 % del hidrógeno todavía se producía utilizando reformado de metano con vapor (alrededor del 95 % es hidrógeno gris , la mayor parte del resto es hidrógeno azul y solo alrededor del 1 % es hidrógeno verde ). ^{[ 163 ]} Además, los vehículos de pila de combustible no son tan eficientes como los vehículos eléctricos de batería , que consumen mucha menos energía por milla. ^{[ 164 ]} Por lo general, un automóvil de pila de combustible consume 2,4 veces más energía que un automóvil eléctrico de batería; porque la producción y el almacenamiento de hidrógeno es mucho menos eficiente que usar electricidad para cargar directamente una batería. ^{[ 162 ]} Además, un estudio de 2023 del Centro para la Investigación Internacional sobre el Clima y el Medio Ambiente (CICERO) estimó que el hidrógeno filtrado tiene un efecto de calentamiento global 11,6 veces más fuerte que el CO ₂ . ^{[ 165 ]}

En 2009, los vehículos de motor consumían la mayor parte del petróleo en los EE. UU. y producían más del 60 % de las emisiones de monóxido de carbono y alrededor del 20 % de las emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos; sin embargo, la producción de hidrógeno para hidrocraqueo , utilizado en la producción de gasolina, entre sus principales usos industriales, era responsable de aproximadamente el 10 % de las emisiones de gases de efecto invernadero de toda la flota. ^{[ 166 ]} Un vehículo alimentado con hidrógeno puro emite pocos contaminantes por el tubo de escape, produciendo principalmente agua y calor, junto con cantidades traza de NO _x , SO _x , NO ₂ , SO ₂ , CO, hidrocarburos y partículas; ^{[ 167 ]} la producción de hidrógeno generalmente crea contaminantes, excepto la pequeña cantidad que se produce utilizando únicamente energía renovable. ^{[ 168 ]}

En 2006, Ulf Bossel afirmó que la gran cantidad de energía necesaria para aislar el hidrógeno de compuestos naturales (agua, gas natural, biomasa), envasar el gas ligero mediante compresión o licuefacción, transferir el portador de energía al usuario, más la energía perdida al convertirlo en electricidad útil con pilas de combustible, deja alrededor del 25% para uso práctico. ^{[ 169 ]} Richard Gilbert, coautor de Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil (2010), comenta de manera similar que la producción de gas hidrógeno termina utilizando parte de la energía que crea. Luego, se consume energía al convertir el hidrógeno de nuevo en electricidad dentro de las pilas de combustible. « Esto significa que solo una cuarta parte de la energía inicialmente disponible llega al motor eléctrico... Tales pérdidas en la conversión no se comparan bien con, por ejemplo, la recarga de un vehículo eléctrico (VE) como el Nissan Leaf o el Chevy Volt desde una toma de corriente». ^{[ 170 ] [ 171 ]} Un informe de 2010 del Laboratorio Nacional Argonne sobre el análisis del ciclo de vida completo de los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno afirma que las energías renovables Las vías del H2 ofrecen beneficios mucho mayores en cuanto a gases de efecto invernadero. ^{[ 172 ]} Este resultado se ha confirmado recientemente. ^{[ 162 ]} En 2010, una publicación del Departamento de Energía de EE. UU. sobre el ciclo de vida completo asumió que la eficiencia del único paso de comprimir hidrógeno a 6250 psi (43,1 MPa) en la estación de repostaje es del 94 %. ^{[ 173 ]} Un estudio de 2016 en la edición de noviembre de la revista Energy, realizado por científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad Técnica de Múnich, concluyó que, incluso asumiendo la producción local de hidrógeno, «invertir en vehículos eléctricos de batería es una opción más económica para reducir las emisiones de dióxido de carbono, principalmente debido a su menor coste y a su eficiencia energética significativamente mayor ». ^{[ 174 ]}  

En 2008, el profesor Jeremy P. Meyers, en la revista Interface de la Sociedad Electroquímica , escribió que las celdas de combustible "no son tan eficientes como las baterías, debido principalmente a la ineficiencia de la reacción de reducción de oxígeno. ... [S]on más convenientes para operar desconectadas de la red, o cuando se puede suministrar combustible de forma continua. Para aplicaciones que requieren arranques frecuentes y relativamente rápidos ... donde las emisiones cero son un requisito, como en espacios cerrados como almacenes". ^{[ 175 ]} También en 2008, Wired News informó que "los expertos dicen que pasarán 40 años o más antes de que el hidrógeno tenga algún impacto significativo en el consumo de gasolina o el calentamiento global, y no podemos permitirnos esperar tanto. Mientras tanto, las celdas de combustible están desviando recursos de soluciones más inmediatas". ^{[ 176 ]} En 2008, Robert Zubrin , autor de Energy Victory , dijo: "El hidrógeno es 'casi el peor combustible posible para vehículos ' " . ^{[ 177 ]} Si el hidrógeno pudiera producirse utilizando energía renovable, "seguramente sería más fácil simplemente usar esta energía para cargar las baterías de vehículos totalmente eléctricos o híbridos enchufables ". ^{[ 177 ]} El Los Angeles Times escribió en 2009: "Sea como sea que se mire, el hidrógeno es una pésima manera de mover automóviles". ^{[ 178 ]} El Washington Post preguntó en noviembre de 2009: "¿Por qué querrías almacenar energía en forma de hidrógeno y luego usar ese hidrógeno para producir electricidad para un motor, cuando la energía eléctrica ya está esperando ser extraída de los enchufes en todo Estados Unidos y almacenada en baterías de automóviles...?" ^{[ 179 ]}

En 2013, The Motley Fool afirmó que «aún existen obstáculos prohibitivos en cuanto a costos [para los autos de hidrógeno] relacionados con el transporte, el almacenamiento y, sobre todo, la producción». ^{[ 180 ]} Rudolf Krebs, de Volkswagen, declaró en 2013 que «por muy excelentes que sean los autos, las leyes de la física limitan su eficiencia general. La forma más eficiente de convertir energía en movilidad es mediante la electricidad». Explicó: «La movilidad con hidrógeno solo tiene sentido si se utiliza energía verde», pero... primero hay que convertirla en hidrógeno «con bajas eficiencias», donde «se pierde alrededor del 40 por ciento de la energía inicial». Luego hay que comprimir el hidrógeno y almacenarlo a alta presión en tanques, lo que consume más energía. «Y después hay que convertir el hidrógeno de nuevo en electricidad en una pila de combustible, con otra pérdida de eficiencia». Krebs continuó: «al final, del 100 por ciento de energía eléctrica original, se obtiene entre un 30 y un 40 por ciento». ^{[ 181 ]}

En 2014, Julian Cox, futurista de la energía y la automoción eléctrica, escribió que producir hidrógeno a partir de metano "es significativamente más intensivo en carbono por unidad de energía que el carbón. Confundir el hidrógeno fósil proveniente de la fracturación hidráulica de esquistos con una vía energética ambientalmente sostenible amenaza con fomentar políticas energéticas que diluirán y potencialmente descarrilarán los esfuerzos globales para frenar el cambio climático debido al riesgo de desviar la inversión y la atención de las tecnologías vehiculares que son económicamente compatibles con la energía renovable". ^{[ 182 ]} En 2014, el exfuncionario del Departamento de Energía, Joseph Romm, concluyó que la energía renovable no puede utilizarse económicamente para producir hidrógeno para una flota de FCV "ni ahora ni en el futuro". ^{[ 183 ]} El analista de GreenTech Media llegó a conclusiones similares en 2014. ^{[ 184 ]} En 2015, Clean Technica enumeró algunas de las desventajas de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno. ^{[ 185 ] [ 186 ]}

Un análisis de 2017 publicado en Green Car Reports encontró que los mejores vehículos de pila de combustible de hidrógeno consumen "más de tres veces más electricidad por milla que un vehículo eléctrico... generan más emisiones de gases de efecto invernadero que otras tecnologías de tren motriz... [y tienen] costos de combustible muy altos. ... Considerando todos los obstáculos y requisitos para la nueva infraestructura (que se estima que costará hasta $400 mil millones), es probable que los vehículos de pila de combustible sean, en el mejor de los casos, una tecnología de nicho, con poco impacto en el consumo de petróleo de EE. UU. ^{[ 111 ]} En 2017, Michael Barnard, escribiendo en Forbes , enumeró las continuas desventajas de los automóviles de pila de combustible de hidrógeno y concluyó que "hacia 2008, estaba muy claro que el hidrógeno era y sería inferior a la tecnología de baterías como almacenamiento de energía para vehículos. [Para 2025, los últimos rezagados probablemente deberían estar abandonando sus sueños de pila de combustible". ^{[ 187 ]} Un video de 2019 de Real Engineering señaló que usar hidrógeno como combustible para automóviles no ayuda a reducir las emisiones de carbono del transporte. El 95% del hidrógeno que aún se produce a partir de combustibles fósiles libera dióxido de carbono, y producir hidrógeno a partir de agua es un proceso que consume energía. Almacenar hidrógeno requiere más energía, ya sea para enfriarlo hasta el estado líquido o para introducirlo en tanques a alta presión, y entregar el hidrógeno a las estaciones de servicio requiere más energía y puede liberar más carbono. El hidrógeno necesario para mover un FCV un kilómetro cuesta aproximadamente ocho veces más que la electricidad necesaria para mover un BEV la misma distancia. ^{[ 188 ]} También en 2019, Katsushi Inoue, presidente de Honda Europa, declaró: "Nuestro enfoque ahora está en los vehículos híbridos y eléctricos. Quizás lleguen los autos de pila de combustible de hidrógeno, pero esa es una tecnología para la próxima era". ^{[ 52 ]}

Las evaluaciones realizadas desde 2020 han concluido que los vehículos de hidrógeno todavía tienen una eficiencia de solo el 38%, mientras que los vehículos eléctricos de batería alcanzan entre el 80% y el 95%. ^{[ 189 ] [ 190 ]} Una evaluación de 2021 realizada por CleanTechnica concluyó que, si bien los automóviles de hidrógeno son mucho menos eficientes que los automóviles eléctricos, la gran mayoría del hidrógeno que se produce es hidrógeno gris contaminante , y el suministro de hidrógeno requeriría la construcción de una infraestructura nueva, vasta y costosa, las dos ventajas restantes de los vehículos de pila de combustible (mayor autonomía y tiempos de repostaje rápidos) se están erosionando rápidamente debido a la mejora de la tecnología de baterías y carga. ^{[ 55 ]} Un estudio de 2022 publicado en Nature Electronics coincidió. ^{[ 191 ]}

Las solicitudes de patentes de pilas de combustible de hidrógeno aumentaron en la década de 1960, en parte debido al programa espacial de la NASA ; otro aumento en la década de 1980 fue impulsado por la investigación para automóviles. A esto le siguió un aumento repentino en las solicitudes entre 2000 y 2005 por parte de inventores en Japón, Estados Unidos y Corea del Sur. Desde entonces, China ha dominado las solicitudes de patentes en el campo, con un número menor en Japón, Alemania, Corea del Sur y Estados Unidos. ^{[ 192 ]} Entre 2016 y 2020, las solicitudes anuales, particularmente para aplicaciones de transporte, aumentaron en un 23% adicional. ^{[ 193 ] [ 194 ]}

Casi el 80% de las patentes en el área de pilas de combustible para el transporte fueron presentadas por empresas automovilísticas. ^{[ 195 ]} La academia está colaborando activamente con la industria. ^{[ 196 ]} Aunque predominan las solicitudes relacionadas con vehículos terrestres como automóviles y camiones, las invenciones en otras áreas como el transporte marítimo, la aviación, el ferrocarril y otros vehículos especiales están aumentando. ^{[ 197 ]} Airbus , un importante fabricante de aeronaves, ha incrementado su actividad de patentamiento en el área desde 2019. ^{[ 198 ]} El número de patentes de pilas de combustible para aplicaciones de transporte marítimo es comparable en tamaño al de las aplicaciones de aviación y su crecimiento es igualmente lento. ^{[ 196 ]}

Un informe de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual de 2022 sostiene que, dado que los vehículos pesados, como los vehículos de construcción , las carretillas elevadoras y los remolcadores de aeropuertos , requieren una mayor capacidad de carga, la alta densidad energética del hidrógeno puede hacer que las pilas de combustible sean una solución más ventajosa que las aplicaciones de baterías. ^{[ 198 ]}

• Vehículo de hidrógeno
• Glosario de términos de pilas de combustible
• pila de combustible de membrana de intercambio de protones
• Celda de combustible de metanol reformada
• Unidad de potencia auxiliar de pila de combustible
• Asociación de Pilas de Combustible y Energía de Hidrógeno
• Mejora del combustible de hidrógeno
• Coche propulsado por agua

• Heetebrij, Jan. "Una visión de una sociedad eléctrica sostenible apoyada por vehículos eléctricos" , Olino Renewable Energy, 5 de junio de 2009.
• Ulrich Hottelet: Financiación estatal para proyectos híbridos , The Asia Pacific Times, octubre de 2009
• Tamaño del mercado de pilas de combustible según Prescient & Strategic Market Research 2021