En Espacio Toyota hemos hablado en incontables ocasiones sobre el hidrógeno como forma de movilidad sostenible. Hasta ahora, nos hemos centrado principalmente en la tecnología de la pila de combustible, y en modelos como el Toyota Mirai.
Sin embargo, en este artículo ya avanzábamos que el hidrógeno se utiliza en multitud de industrias, incluso para propulsar grandes aeronaves espaciales. Lo que vamos a ver ahora es un enfoque completamente diferente del hidrógeno: quemarlo directamente.
El hidrógeno como combustible sin emisiones contaminantes
Poco podemos decir del hidrógeno que no hayamos dicho ya. Se trata del elemento más abundante en la naturaleza, aunque en nuestro planeta no lo encontramos aislado, sino en combinación con otros elementos (como en el agua o los hidrocarburos). Por ese motivo, debemos “fabricarlo” con diversas técnicas, unas más ecológicas que otras. Así, podemos obtener hidrógeno puro en forma de moléculas de dihidrógeno o H₂.
Por su propia composición química, el dihidrógeno puede ser quemado, esto es, usado como combustible para obtener calor, que a su vez puede ser utilizado para calentar nuestros hogares o hacer funcionar un motor de combustión. Esto es precisamente lo que ya hacemos con hidrocarburos como el carbón, el petróleo o el gas natural para mover coches, locomotoras, turbinas eléctricas…
La molécula de hidrógeno, al no tener carbono, no produce CO₂ en su combustión
Este proceso de combustión suele acarrear un problema. Los hidrocarburos, que se componen de moléculas de hidrógeno y carbono, reaccionan con el oxígeno produciendo dos tipos de productos. Por un lado, el hidrógeno con el oxígeno para producir agua (en forma de vapor); por otro, el carbono con el oxígeno para producir el contaminante CO₂.
¿Y si quemamos algo que no tenga carbono, como por ejemplo el dihidrógeno? Efectivamente, obtenemos energía calorífica sin la producción de CO₂, lo que nos deja que tenemos entre manos un combustible cien por cien limpio.
Motores de combustión de hidrógeno para vehículos
Un vehículo impulsado por un motor de combustión de hidrógeno es perfectamente factible. Es más, salvo algunos matices, no presenta grandes diferencias con uno de gasolina o diésel. Podríamos tomarlo como una evolución del motor de combustión interna, el que hemos estado probando y mejorando desde hace más de cien años. Más fiabilidad, imposible.
Un motor de combustión de hidrógeno puede utilizar los sistemas de suministro e inyección tradicionales con apenas algunas modificaciones. También habría que realizar ciertas adaptaciones al propio motor para garantizar la lubricación de sus componentes y evitar la corrosión. Con todo, la base de su arquitectura es la misma que la del motor térmico tradicional, por lo que este tipo de coches resultarán muy baratos de fabricar a corto plazo.
El hidrógeno como combustible para motores térmicos presenta una gran ventaja. Como ya se explica en Motorpasión, en los motores de ciclo Otto necesitamos una mezcla de aire y combustible con un factor lambda por debajo de 1; consume más gasolina o diesel, pero garantiza la ignición necesaria para arrancar. En cambio, el hidrógeno, al ser un elemento de gran volatilidad, tiene una combustión más rápida que los hidrocarburos. Gracias a ello, podemos arrancar el motor con mezclas pobres en combustible con factor lambda por encima de 2.
El hidrógeno, por su mayor volatilidad, permite arrancar un motor con mezclas muy pobres
En cuanto al almacenamiento, a principios de los 2000 se probó en Alemania con hidrógeno líquido. Sin embargo, para conservarlo en este estado, se requieren temperaturas inferiores a los -253 ºC, algo difícil de mantener en un vehículo y que hacía que el hidrógeno se terminase evaporando a los pocos días. A día de hoy, lo óptimo es manejarlo como gas a alta presión, en tanques como los que emplea el Toyota Mirai a 700 bares para su pila de combustible.
Existe una última cuestión: las emisiones residuales que producirían estos vehículos. Aunque la combustión de hidrógeno es completamente limpia, en un motor térmico siempre se producen algunas emisiones de CO₂ y NOx como consecuencia de los aceites y lubricantes. En todo caso, no son mayores a las que ya se generan con un vehículo tradicional y se filtran fácilmente con los sistemas actuales.
Automóviles térmicos de hidrógeno, ya sobre el asfalto
Como sabemos, Toyota es una de las grandes convencidas del hidrógeno. Con la segunda generación del Toyota Mirai en marcha y su tecnología de pila de combustible en todo tipo de vehículos, también ha querido explorar la vía de la combustión de hidrógeno. Y el primer paso ha sido poner sobre el asfalto un Toyota Corolla con motor térmico alimentado de dihidrógeno. Concretamente, se trata de un Toyota Corolla Sport equipado con un motor adaptado turbo con 3 cilindros en línea e intercambiador de calor, procedente del Toyota GR Yaris.
El Toyota Corolla de hidrógeno se enroló en las filas del ORC ROOKIE Racing (del programa de novatos de Toyota GAZOO Racing) y la prueba de fuego no se hizo esperar. Participó en mayo del año pasado en las 24 Horas de Fuji, la más exigente prueba de la Super Taikyu Series de GT, y con el propio Akio Toyoda como uno de sus pilotos. Aunque el equipo no acabó en muy buena posición y necesitó repostar 35 veces (siendo habitual en la prueba 20 ocasiones), consiguió completar el reto con un total de 1.653 kilómetros. Todo ello alimentándose con hidrógeno verde procedente del Centro de Investigación Energética de Hidrógeno de Fukushima.
Tras el éxito de fiabilidad de este motor de combustión de hidrógeno, Toyota no ha tardado en llevarlo a otros vehículos. El paso lógico era probarlo en el propio Toyota GR Yaris, usando para ello una unidad experimental armada con los depósitos y el proceso de repostaje del Toyota Mirai. El motor utilizado ha sido el propio del compacto de competición, el G16E-GTS, de 1.6 litros con tres cilindros en línea y turbocompresor; al que se le han realizado adaptaciones en el sistema de suministro y de inyección para aceptar el hidrógeno como combustible.
Estos vehículos podrían utilizar los depósitos que ya emplea el Toyota Mirai
Más reciente es la noticia de que Toyota le habría pedido a Yamaha que le prepare un motor de combustión de hidrógeno para superdeportivos. Se trataría de una versión del motor V8 de 5.0 litros que montaran los Lexus LC500 y Lexus RC F, con adaptaciones en elementos como las culatas, los inyectores o el colector de admisión. Según Yamaha, esta motorización ofrece 450 CV a 6.800 rpm, muy similar a la de los deportivos arriba mencionados; y un par motor de 540 Nm a 3.600 rpm, algo ligeramente superior.
Deportividad o sostenibilidad, ¿por qué no ambos?
No es casual la elección de modelos deportivos y de competición para probar los primeros motores de combustión de hidrógeno. Como hemos contado en otras ocasiones, Toyota utiliza los circuitos de los campeonatos donde participa como un exigente banco de pruebas para poner al límite sus prototipos.
Pero en este caso la relación va más allá: las intensas sensaciones que transmite este tipo de motor. El sonido y las vibraciones que produce la combustión de hidrógeno podrían convertirlo en una opción preferente para grandes deportivos y multiplicaría la experiencia al volante de los más apasionados.
No obstante, Toyota no se resigna a que el motor de combustión de hidrógeno sea solo para unos pocos. En este sentido, podría estar planeando para 2023 su producción masiva con turismos accesibles y de gran consumo. Y para dar inicio a esta nueva aventura, el elegido podría ser el que protagonizó la última gran revolución en la historia de la automoción: el Toyota Prius.
